乙醇緩解裸藻的葡萄糖壓力

明治大學大學院農學研究科環境生物科技研究室的槇本美波（博士前期課程結業生）與小山內崇副教授的研究團隊，已闡明添加乙醇可緩解真核微細藻類 Euglena gracilis (裸藻) 在高濃度葡萄糖條件下的生長下降。

＜研究成果重點＞

・ 裸藻能進行光合作用，並具有生產如裸藻澱粉、蛋白質、脂質等有用成分的能力。

・ 葡萄糖是促進裸藻生長和裸藻澱粉累積的碳源。然而，過量的葡萄糖反而會導致生長下降。

・ 本次研究發現，添加乙醇可緩解高濃度葡萄糖引起的生長下降。據推測，乙醇的添加改變了呼吸作用和細胞膜組成，抑制了細胞肥大化，從而緩解了葡萄糖壓力。

摘要

微細藻類裸藻（註1）可在光合自養、異養及混合營養條件下培養，並能生產蛋白質、維生素和脂質。此外，裸藻的儲存多醣，一種β-1,3-葡聚醣——裸藻澱粉，已被報導對抑制皮膚病發作和預防流感具有效果。

添加葡萄糖培養裸藻可促進裸藻的生長和裸藻澱粉的累積。然而，已有報導指出，過量的葡萄糖會因高滲透壓而降低裸藻的生長。

本研究揭示，在高濃度葡萄糖條件下培養的裸藻細胞並非脫水收縮，而是肥大化。

此外，我們發現添加0.5%濃度的乙醇，可緩解裸藻在400 mM高濃度葡萄糖條件下的生長下降。在高濃度葡萄糖條件下額外添加乙醇時，觀察到與未添加葡萄糖條件下相似的紡錘形細胞。

這些結果表明乙醇能緩解裸藻的葡萄糖壓力，並闡明了裸藻在異養條件下的生理學方面。

本研究由明治大學大學院農學研究科環境生物科技研究室的槇本美波（博士前期課程結業生）與小山內崇副教授等研究團隊進行。本研究亦獲得JST革新性GX技術創出事業（代表：大熊盛也）和旭硝子財團（代表：小山內崇）的資助。本研究成果已於2026年3月18日刊登於國際期刊《Journal of Biotechnology》的線上版。

※研究團隊

明治大學大學院農學研究科 環境生物科技研究室

副教授　小山內　崇

博士前期課程結業生　槇本　美波

1. 背景

裸藻可食用，並作為一種有效的替代蛋白質來源而受到關注。它含有蛋白質、維生素、脂質，以及僅在裸藻類中發現的β-1,3-葡聚醣——裸藻澱粉，裸藻澱粉已作為免疫刺激劑上市銷售。

在半乳糖、乳酸、甘油等多種碳源中，裸藻在使用葡萄糖作為碳源時表現出最高的生長速度。此外，添加葡萄糖培養裸藻也能促進裸藻澱粉的累積。然而，當葡萄糖濃度過高（60 g/L）時，反而會抑制生長。這種生長抑制被認為是由於滲透壓壓力引起的。

裸藻也能利用乙醇作為碳源。乙醇透過乙酸和乙醯輔酶A，經由乙醛酸循環代謝。研究顯示，在添加0.5%或1.0%乙醇條件下培養的裸藻細胞，其裸藻澱粉累積量和細胞尺寸均比未添加乙醇培養的細胞增加。此外，在乙醇添加條件下培養裸藻，還會產生高度不飽和脂肪酸。

此前已有多項關於使用葡萄糖、乙醇、蘋果酸、麩胺酸等多種碳源培養裸藻的研究。然而，尚未有研究在高濃度葡萄糖條件下（會導致生長下降）進一步添加碳源並探討其影響。本研究證實了在高濃度葡萄糖條件下的生長抑制可透過添加乙醇來緩解，並闡明了外部碳源在調節裸藻生長方面的生理學重要性。

2. 研究方法與成果

本研究團隊將Euglena gracilis NIES-48株在1% CO2通入CM培養基的條件下，於12小時明/12小時暗的光照條件下培養了14天。在培養基中添加50～200 mM葡萄糖的條件下，生長優於未添加葡萄糖的條件。另一方面，當添加300 mM或更高濃度的葡萄糖進行培養時，生長速度比未添加葡萄糖時有所下降。

顯微鏡觀察結果顯示，在高濃度葡萄糖條件（400 mM）下，生長下降時，細胞的平均直徑比未添加葡萄糖的條件下有所增加（圖1）。此外，在未添加葡萄糖的條件下，裸藻細胞呈紡錘形，而在高濃度葡萄糖條件下則變為圓形肥大化的細胞（圖1）。

為探究高濃度葡萄糖導致生長下降的原因，除了添加葡萄糖外，我們還分別在培養基中添加了溶解於乙醇或甲醇的維生素E、乙醇和甲醇進行培養。結果顯示，當添加溶解於乙醇的維生素E或乙醇時，細胞數量比僅添加高濃度葡萄糖的條件增加了9倍以上（圖2）。此外，在添加乙醇的條件下，細胞的平均直徑也減少，並呈現紡錘形細胞（圖2）。

由於在高濃度葡萄糖條件下細胞並未收縮，反而肥大化，這暗示高濃度葡萄糖引起的生長下降可能並非主要由滲透壓脫水引起。此外，即使在高濃度葡萄糖導致生長下降的條件下，添加溶解於乙醇的維生素E或乙醇也能恢復生長並觀察到紡錘形細胞，這表明高濃度葡萄糖引起的壓力可能部分得到緩解。由於溶解於甲醇的維生素E未顯示出壓力緩解效果，因此我們認為乙醇而非維生素E的可能性較高。儘管乙醇緩解高濃度葡萄糖壓力的原因尚不明確，但過去的研究報導指出，添加乙醇會增加黑暗中的呼吸活性。因此，加入乙醇可能活化了促進碳分解的呼吸作用，從而防止了裸藻澱粉的過度累積，緩解了葡萄糖壓力。此外，已有報導指出，使用葡萄糖和乙醇作為碳源時脂肪酸組成會發生變化，因此細胞膜組成的變化也可能對緩解高濃度葡萄糖壓力有所貢獻。

3. 未來展望

本研究證實，即使在高葡萄糖條件下，乙醇也能部分恢復裸藻的生長。由於裸藻在葡萄糖存在下比其他碳源表現出更快的生長速度，因此本研究探討的培養條件對於這種微細藻類的實際應用具有特別重要的意義。為闡明在高濃度葡萄糖條件下乙醇改善生長的機制，需要進一步的研究。

4. 論文資訊

＜標題＞

Ethanol alleviates glucose stress from Euglena gracilis（乙醇緩解Euglena gracilis的葡萄糖壓力）

＜作者＞

Minami Makimoto, Takashi Osanai

＜期刊＞

Journal of Biotechnology

＜DOI＞

10.1016/j.jbiotec.2026.03.009

5. 補充說明

註1）裸藻（學名：Euglena gracilis）

淡水原生生物裸藻（Euglena gracilis）具有源自綠藻的葉綠體。它是一種單細胞鞭毛蟲，具有提供柔韌性和形狀維持的表膜結構。

［參考圖］

圖1. 培養14天後裸藻的平均細胞直徑和顯微鏡照片

在高濃度葡萄糖添加條件下，平均細胞直徑比光合自養條件下有所增加(**p

圖2. 在含有400 mM葡萄糖的培養基中添加各種添加劑培養的裸藻生長和細胞尺寸

在高濃度葡萄糖條件下額外添加溶解於乙醇的維生素E或乙醇時，細胞數量比僅添加高濃度葡萄糖的條件增加了9倍以上(pp<0.05)。