イソブタノールによる酵母の生育阻害メカニズムを解明~次世代バイオ燃料の高効率生産につながる新たな知見~

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2026-06-30 京都工芸繊維大学

京都工芸繊維大学の黒田浩一教授らは、次世代バイオ燃料として期待されるイソブタノールが酵母の生育を阻害する分子メカニズムを世界で初めて解明した。従来は細胞膜障害やタンパク質変性などの非特異的作用が原因と考えられていたが、本研究では「ロイシン認識機構」に着目し、イソブタノールが細胞質型ロイシルtRNA合成酵素(LeuRS)に直接結合してロイシンとの結合を競合的に阻害することを明らかにした。その結果、タンパク質合成や栄養応答が阻害され、生育障害が引き起こされることが示された。本成果は、イソブタノールによる生育阻害の直接的な分子標的を初めて特定したものであり、阻害機構の理解を大きく前進させる成果である。今後は、この知見を活用したイソブタノール耐性酵母の分子育種が可能となり、バイオ燃料の高効率生産や持続可能なバイオプロセス技術の実現への貢献が期待される。研究成果は2026年6月4日付でJournal of Biological Chemistryに掲載された。

イソブタノールによる酵母の生育阻害メカニズムを解明~次世代バイオ燃料の高効率生産につながる新たな知見~
本研究成果の概要

<関連情報>

サッカロミセス・セレビシエにおけるイソブタノールによる増殖阻害の分子標的としてのロイシルtRNA合成酵素 Leucyl-tRNA Synthetase as a Molecular Target of Isobutanol-Mediated Growth Inhibition in Saccharomyces cerevisiae

Mano Hasegawa ∙ Nodoka Oshimura ∙ Kaho Hitomi ∙ Ayako Furukawa ∙ Kenji Sugase ∙ Kouichi Kuroda
Journal of Biological Chemistry  Published:June 4, 2026
DOI:https://doi.org/10.1016/j.jbc.2026.113228

Abstract

Our dependence on fossil fuels and ongoing environmental degradation urgently require sustainable energy solutions. Biofuels that do not rely on fossil resources have attracted significant scientific interest. Among these, isobutanol produced by yeast is a promising next-generation biofuel owing to its high energy density and compatibility with existing fuel infrastructure. However, the inherent intolerance of yeast to isobutanol constrains its production, posing a major barrier to the large-scale implementation of bio-based isobutanol. Here, we provide compelling evidence that supplementation with excess branched-chain amino acids (BCAAs), particularly leucine, alleviates isobutanol-induced growth inhibition in yeast. Using saturation transfer difference nuclear magnetic resonance (STD-NMR) spectroscopy and structural modeling, we showed that isobutanol directly interacts with cytoplasmic leucyl-tRNA synthetase (LeuRS), acting as a competitive inhibitor of leucine binding. Collectively, these findings reveal the mechanistic basis by which isobutanol inhibits yeast growth, offering new insights into enhancing isobutanol tolerance and increasing isobutanol biosynthesis in yeast.

生物化学工学
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