日本國立研究開發法人理化學研究所（簡稱理研）環境資源科學研究中心創藥種子開拓基礎單元的吉田稔單元負責人、吉住僚太朗研究生研究助理、東京大學研究生院農學生命科學研究科的三浦俊一碩士研究生（研究當時）、廣島大學研究生院統合生命科學研究科的西村慎一教授等人組成的聯合研究團隊發現，裂殖酵母向細胞外釋放的穀胱甘肽（GSH）能夠恢復增殖功能降低的基因敲除株的增殖。該成果表明，微生物釋放的初級代謝物不僅向周圍細胞供給營養，還會影響細胞的生理功能。這一研究成果有望為理解微生物群體透過代謝物相互彌補弱點的機制，以及設計利用多種微生物的培養與發酵技術做出貢獻。相關成果發表於《mSystems》。
圖1 從野生株向細胞外釋放、支撐周圍基因敲除株生長的穀胱甘肽（圖片提供：理化學研究所）
研究團隊針對3420種裂殖酵母基因敲除株，比較了在營養豐富培養基和僅含最低限度營養的最少培養基中的生長情況。隨後，將在最少培養基中顯示生長不良的基因敲除株在野生株附近培養，最終鑑定出37株難以單獨生長，但在野生株附近能夠恢復生長的菌株。
研究團隊發現，其中14個菌株依靠已知的胞間信號物質——氮源信號因子（NSF）恢復了生長。但剩餘23株並不對NSF產生響應，因此推測還有其他物質在發揮作用。於是，研究人員將野生株培養後的上清液（培養上清）分為乙酸乙酯組分、1-丁醇組分與水溶性組分分別開展試驗，結果發現三個組分均具備生長恢復活性。已知NSF存在於乙酸乙酯組分中，該結果表明，野生裂殖酵母除NSF外，還會向細胞外釋放多種促生長物質。
接下來，研究人員針對可被培養上清水溶性組分恢復生長的11個菌株，調查了引發生長恢復的物質。其中6株為無法合成含硫氨基酸半胱氨酸的基因敲除株。研究人員採用質譜法檢測含硫化合物，在培養上清中檢測出了穀胱甘肽（GSH）。
此外，研究人員進一步將從培養上清中檢出的穀胱甘肽（GSH）單獨添加至培養基，考察其對上述11個菌株的作用。結果顯示，包含6株半胱氨酸合成缺陷的基因敲除株在內，共計8個菌株的生長得到恢復。其中7株能夠攝取並分解GSH，將其作為半胱氨酸或麩胺酸的供給源。GSH被認為具有類似穩定供給必要營養的貯藏庫的作用。
另一方面，剩下的1株是缺失細胞極性相關hob3基因的基因敲除株，發現其生長恢復效應無法僅用「攝取並分解GSH作為營養源」這一機制來解釋。對於該菌株，若阻斷其攝取GSH，則無法實現生長恢復。抑制GSH分解後，不僅生長恢復效果增強，細胞形態與細胞壁的異常情況也得到改善。此外，在其他細胞形態異常的基因敲除株中，也確認了GSH引起的生長恢復。這些結果表明，細胞外的GSH除了供給營養的作用外，被細胞攝取後還具備維持細胞正常形態建成的功能。
吉住研究生研究助理表示：「GSH是一種常被用於膳食補充劑等產品的物質。有報告稱，口服攝入的GSH可能影響腸道菌群，還能夠改善麵包的膨發效果。透過本次研究，我切實感受到GSH這種常見物質還存在尚未被發現的功能。希望闡明酵母細胞外存在的GSH的作用，將來不僅能應用於控制微生物生長的技術，還能應用於麵包、啤酒等利用酵母的發酵食品製作上。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：mSystems
論文：Glutathione acts as an exometabolite that promotes growth recovery in fission yeast with defects in amino acid metabolism and cell polarity
DOI：10.1128/msystems.00123-26
