ある種の酢酸菌は、バクテリアセルロース(BC)と呼ばれるセルロースを菌体外に生産することが知られており、近年、BCは植物セルロースにない物性を有していることから新素材として着目されている。今後、BCがさらに汎用新素材として広く普及するため、大量生産によるコストダウンが望まれている。

　しかし、通気攪拌培養に適し、安定にBCを生産するBC生産菌がほとんど知られていなかったため、大量生産に適した通気攪拌培養を用いたBC生産研究は遅れていた。近年、この問題を解決するため自然界から通気攪拌培養に適し、安定にBCを生産するAcetobacter xylinum subsp.sucrofermentans BPR2001株、Acetobacter xylinum subsp.nonacetoxidans 757株がスクリーニングされた。

　また、BC高生産菌の育種について見てみると、BC高生産菌の育種の報告は他の有用微生物の育種に比べ極めて少ない。

　現在の発酵生産では、生合成酵素の活性の強化、前駆体の生合成経路の強化、副生物の淘汰といった方法により多くの高生産菌が育種されて、工業レベルでの大量生産が行われている。しかし、このようなBC高生産菌の育種は行われておらず、大量生産に適したBC高生産菌はほとんど知られていない。このこともBCの大量生産が遅れている一因である。

　従ってBCを大量生産するためには、通気攪拌培養に適したBC高生産菌株が必要である。

　本論文ではBCの大量生産を行うことを目的に通気攪拌培養で安定にBCを生産するBPR2001株、757株を用いBC高生産菌の育種に関する研究を行った。

　本論文では、副生物の淘汰によるBC高生産菌の育種方法とBC生合成経路の強化によるBC高生産菌の育種方法の二つの方向からBC高生産菌の育種を試みた。また、BC生合成経路の強化によるBC高生産菌の育種方法として菌体内ATPレベルの向上によるBC高生産菌の育種、菌体内UTPレベルの向上によるBC高生産菌の育種といった二つの方法を用いた。

　本論文では、副生アセタンの生産量の低下、BC生合成経路の強化によりBC高生産菌株が育種できることを示した。

　そして、これらの方法により育種されたBC高生産菌を用いて、BCの大量生産研究が大きく進捗した。現在、BCの大量サンプルの供給、コストダウンが可能となり、様々な分野で用途開発が進んでいる。今後、さらに多くの用途研究が進みBCが汎用新素材として広く普及することが期待される。

　BC生産菌BPR2001株は、UDP-グルコース(UDP-G)からBCを生合成すると同時にアセタンと呼ばれる水溶性多糖を副生する。そこで、BPR2001株からアセタン副生量を低下させた変異株を育種することで、BC高生産菌の育種を行った。その結果、アセタン副生量が低下しBC生産性の向上したBPR3001A株を取得した。従って、アセタン副生量の低下がBC高生産菌の育種に有効であることを示した。また、アセタンの生産がBPR3001A株以上に著減したがBC生産性の向上していないA-26株を用い、培地にアセタン等の多糖を添加することで、A-26株がBPR3001A株以上のBC生産性を有することを示した。酢酸菌のBC生産には、少量のアセタン等の多糖がBCの分散のために必要であると推測された。

　BCの前駆体であるUDP-G、グルコース1燐酸、グルコース6燐酸の生合成にはATPが大きく関与していることから、ATPレベルの向上を通しBC高生産菌の育種を行った。ビタミンの一つp-アミノ安息香酸(PABA)を培地に添加することでBPR2001株の菌体内ATP、ADP、AMP(アデノシン関連化合物)、及びBC生産性が向上することを見い出した。さらに、ATPによりBPR2001株のBC生産性が向上することも示した。そこで、PABA生合成経路を強化するために、PABAアナログであるサルファグアニジン(SG)を用いSG耐性株を育種した結果、BC生産性の向上したBPR3001E株を取得した。また、得られたBPR3001E株は菌体内PABA濃度、アデノシン関連化合物濃度も向上していることを示した。従って、SG耐性を用いて菌体内PABAレベルを向上させることでアデノシン関連化合物レベルの向上を通しBC高生産菌が育種できることを示した。

　BCの前駆体であるUDP-Gの生合成にはUTPが必要とされることから、菌体内のUTPレベルの向上によるBC高生産菌の育種を行った。BC生産菌757株を親株として、UTP生合成強化のためにピリミジンアナログである5-フルオロウリジン(5-FUR)を用い耐性株を育種した結果、BC生産性の向上したFUR-35株を取得した。また、FUR-35株の菌体内UTP、UDP-G濃度が親株に比べ大きく向上していることを示した。さらに、UTP生合成経路上のキー酵素であるカルバミル燐酸合成酵素II(CPS)の酵素活性を調べ、FUR-35株のCPS活性が親株に比べ向上し、UTPによるCPSへのフィードバック阻害も親株に比べ解除されていることを示した。従って、5-FUR耐性を用いUTP生合成経路を強化することで菌体内UTPレベルの向上を通しBC高生産菌が育種できることを示した。

　以上、従来のBC高生産菌の育種に用いられていないBCの前駆体の供給の向上に着目し、副生アセタンの生産量の削減、及びATP,UTPといったBC前駆体の生成に関与する物質の菌体内濃度を向上させることでBC高生産菌の育種が可能であることを示し、さらに、これらの方法を用いて大量生産に適したBC高生産菌を育種している。

　本論文により示された育種方法は、BC生産菌の育種において新たな視点からの育種方法であり、大量生産に適した高生産菌を育種していることから、学術上、産業的応用上貢献するところが少なくない。よって審査委員一同は、本論文が博士(農学)の学位論文として価値あるものと認めた。