いろんな視点で学んでほしい応用微生物学。 埋蔵“菌”を見つけよう！
Q:櫻間先生の大学時代について、まず応用微生物学や酵素化学の分野を選ばれたきっかけを教えてください。
そもそも私が京都大学の農学研究科に入ったのは、理科や生物分野が好きだという簡単な理由です。「酵素化学」に興味を持ったのは、数式を使って酵素の性能について評価していく方法にアカデミックなイメージを持ったから。その中で「応用微生物学分野」について研究することになったのは、微生物が持っている酵素を利用してより実用的で社会に貢献できるようにと思ったからです。微生物の能力は人間が口にするヨーグルトやお酒などの食品もそうですし、医薬品にも利用されてきていますから。
Q:大学時代からこれまでに櫻間先生が研究されてきた、専門分野についてお聞かせください。
微生物からヒトにおけるあらゆる生命活動は、色々な物質が変化する化学反応を起こして行われています。酵素は、自分自身は変わらずにこうした化学反応が進むように手助けする「道具」のような役割をしていて、それぞれの化学反応に合わせて種類がたくさんあります。専門的なことで説明が難しいのですが、簡単に言えば、酵素の表面には割れ目や凹凸（ポケットの形）があって、そこに入る物質とだけ化学反応が起こります。なので、酵素のかたち（構造）を見れば、どういった物質が反応しやすいのかを知ることができます。
これまでに、私はこうした酵素のかたち（構造）を見て、酵素の性能を明らかにしていく研究をしてきました。博士論文では、フコースという糖を含むオリゴ糖を切断するビフィズス菌の酵素（フコシダーゼ）の構造を明らかにしました。このフコシダーゼの構造を明らかにしたことで、ヒトや他の微生物などとは違い、ビフィズス菌がなぜ、ヒトの母乳中に含まれる特殊なオリゴ糖を好んで分解するのかについて分かりました。つまり、ヒトの母乳中にはビフィズス菌のみを増殖させることができるオリゴ糖が含まれている可能性が分かってきました。こうした珍しい酵素を見つけて、その構造を見ていくことで、酵素を持っている微生物の生理機能を明らかにするとともに、ヒトに役に立つ有用な珍しい物質を合成することにもつながると考えています。これは、この「フコシダーゼの立体構造」を彫刻したクリスタルガラス（※写真）で、研究グループで記念につくったものです。素敵でしょ？
Q:実際に櫻間先生の授業ではどんなことを教えてもらえるのでしょうか。
京都先端科学大学で私が担当する応用微生物学では、産業上有用な微生物の探索・機能開発と微生物利用による工業生産の背景・特徴など実学を学んでいく「産業微生物学」について取り扱います。
専攻研究では微生物を活用して、土壌や河川、排水中に含まれる環境汚染物質を分解する浄化技術の開発をテーマにした研究を進めていきます。まず、環境汚染物質を分解することができる微生物を探すところから始めます。それから、遺伝子工学の技術を使って、環境汚染物質を分解することができる酵素の遺伝子（DNA）を調べて、より分解能力を向上させた遺伝子組換え微生物の作成に取り組みますので、幅広い学びが得られると思います。
Q:応用微生物学における学びの面白さはどんなところにありますか？
土壌などからいろんな能力をもった微生物を探索することを「スクリーニング」と言うのですが、専攻研究では学生たちが自ら探してきた土壌の微生物が浄化技術に使えるかどうかを調べて、環境汚染に役立つ技術の開発に取り組んでいきます。スクリーニングは日本では長い伝統があり、正直なところ地味な作業でもあると思うんですが、ちょっとした差によって違いがでてくる可能性があるところが面白いんです。土壌には数億から数十億の微生物がいますからね。ビギナーズラックのようなことがあるんだって聞きます。ぜひ一緒に埋蔵“菌”を見つけましょう！
Q:京都亀岡キャンパスはどんな印象ですか？
広々としたキャンパスで気持ちいい、というのが第一印象。私もからだを動かすのが好きで、学生時代はソフトテニス部に所属していたのですが、この大学の学生たちもクラブ活動が活発なようですし、学生と先生の間が近いアットホームな雰囲気もいいですね。
周囲ものどかな環境です。土壌にはその土地ならではの個性があると思いますので、亀岡ならではの菌が見つけられるかもしれません。私自身も興味があるので、この土地の土壌ができた背景となる歴史から勉強していきたいと思っています。
それから学内には微生物を最適な環境で育てることができる培養装置、遺伝子工学で必要な装置や化学成分等を調べる分析装置などの設備も揃っていますし、これから応用微生物学を勉強する学生たちにとって恵まれた環境だと思います。
Q:学生の皆さんにメッセージをお願いします。
応用微生物学は、土壌や河川の浄化技術をはじめ何にでも適用できますから、いろんな視点をもって楽しみながら学んでください。私もスクリーニングから採取してきた微生物がどんな珍しい酵素をもっているのか、そこから、何が分かってどんな技術が生まれるのか、とっても楽しみなんです。
何よりも、京都先端科学大学のバイオ環境学部にはバイオサイエンス・バイオ環境デザイン・食農学科といった、いろんな分野の先生がいらっしゃいますし、広く学ぶことができます。あらゆる視点から学ぶことができるのは、この大学ならではのメリットであり、ぜひともそれをいかしてほしいですね。
Junior Associate Professor Sakurama Haruko
In this edition of “Tell Us Teacher”, we interviewed Junior Associate Professor, Haruko Sakurama of the Faculty of Bioenvironmental Sciences, who is researching the shape and abilities of enzymes.
Applied microbiology is a field that should be studied from a variety of perspectives. Let’s search for hidden “gem”!
Q:What made you choose the fields of applied microbiology and enzyme chemistry when you were in university?
I entered the faculty of Agriculture at Kyoto University for the simple reason that I like science and biology. I was interested in “enzyme chemistry” because I was impressed by the way to explain the performance of enzymes using simple models and mathematical equations. I decided to focus on applied microbiology because I wanted to use microorganisms’ enzymes to make a practical contribution to society. This is because microorganisms are used in food products such as yogurt and alcoholic beverages, as well as in pharmaceuticals.
Q:Can you tell us about your area of expertise, which you have been researching since university?
From microorganisms to humans, all life activities are carried out by chemical reactions in which various substances are changed. Enzymes act as “tools” that help these chemical reactions proceed without changing themselves, and there are many different types of enzymes for each chemical reaction. It is technical and hard to explain, but to put it simply, enzymes have cracks and bumps (like pocket) on their surface, and chemical reactions only occur with the substances that enter them. Therefore, by looking at the shape (structure) of enzymes, we can find out what kind of substances they are likely to react with.
So far, I have been researching the shape (structure) of enzymes to understand their abilities. In my doctoral thesis, I shed light on the structure of the enzyme (fucosidase) from Bifidobacteria that can break up oligosaccharides, including the sugar “fucose”. By clarifying the structure of fucosidase, we were able to understand why Bifidobacteria, unlike humans and other microorganisms, prefer to break down the special oligosaccharides contained in human breast milk. In other words, it has been found that breast milk may contain oligosaccharides that can only multiply Bifidobacteria. By finding these unique enzymes and looking at their structures, we hope to clarify the physiological functions of the microorganisms that possess them and also synthesize useful and unusual substances that are beneficial to humans. This is a crystal glass engraved with a three-dimensional structure of fucosidase (*see photo), which was made by our research group as a memento. Isn’t it nice?
Q:What kind of things will you teach in your classes in the future?
I am in charge of applied microbiology at Kyoto University of Advanced Science. This course deals with “industrial microbiology,” where students learn about the background and characteristics of industrial production using microorganisms, as well as the search for industrially useful microorganisms and the development of their functions.
In my next major research project, I will pursue research on the development of purification system that uses microorganisms to decompose environmental pollutants contained in soil, rivers, and wastewater. I will start by looking for microorganisms that can break down environmental pollutants. I will then use genetic engineering technology to examine the genes (DNA) of enzymes that are capable of degrading environmental pollutants and work on the creation of genetically modified microorganisms with improved degradability.
Q:What do you find interesting about learning applied microbiology?
Searching for microorganisms in samples such as soil is referred to as “screening”. In our graduation research, students will search for target microorganisms in various samples collected by themselves in order to develop useful technology such as the novel purification technology that will help with environmental pollution. Japan has a long tradition of screening. To be honest, it’s not very glamorous work but it’s interesting to see how even a small variance can make a difference. There are hundreds of millions to billions of microorganisms in the soil. I’ve heard that there might be beginner’s luck. Let’s find the hidden gem together!
Q:What is your impression of Kyoto Kameoka Campus?
My first impression was that the campus is spacious and comfortable. I like exercise and so I often walk around the campus! The students at KUAS seem to actively participate in clubs because the campus has a variety of facilities such as gym. In addition, I like the cozy atmosphere where students and teachers are close to each other.
The surrounding environment is also peaceful. I believe that soil has its own characteristics, so you may be able to find bacteria unique to Kameoka. I am also interested in learning about the history behind the formation of the soil in this area.
In addition, we have various equipment such as a culture system for growing microorganisms in an optimal environment, a system for genetic engineering, and an analysis system for examining chemical components. I think it is a wonderful environment for students who are going to study applied microbiology.
Q:Do you have a message for the students?
Applied microbiology can be applied to anything, such as purification technology for soil/river pollution, so I hope you will enjoy learning about it from various perspectives. I’m also looking forward to finding out what kind of unique enzymes the microorganisms obtained from the screening have, what we can learn from them, and what kind of technology will be created.
Above all, the KUAS Faculty of Bioenvironmental Sciences has three departments, including Department of Bioscience, Bioenvironmental Design, and Agriculture and Food Technology. In our faculty, there are teachers from various fields so you can learn a wide range of things.
Being able to learn from various perspectives is one of unique aspects of our faculty, and I hope that you will make full use of it.
