Next Generation Natural Product Chemistry by Rational Reconstruction of Artificial Biosynthesis Machinery

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project Area: Creation of Complex Functional Molecules by Rational Redesign of Biosynthetic Machineries
• Project/Area Number: 16H06443
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Abe Ikuro 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 教授 (40305496)
• Project Period (FY): 2016-06-30 – 2021-03-31
• Keywords: 生合成リデザイン / 合成生物学 / 生合成工学 / 天然物化学 / 生物分子科学

Outline of Final Research Achievements

The biosynthesis of meroterpenoids is characterized by the construction of complex molecular scaffolds in a relatively short steps, and this is largely due to the existence of multifunctional enzymes that catalyze dramatic multi-step skeletal transformation reactions. In this study, we elucidated the structural basis of these chemically unique enzyme reactions by X-ray crystallography and other methods. Furthermore, based on the crystal structures, we succeeded in creation of complex functional molecules by rational reconstruction of the biosynthetic machineries. In addition, we also succeeded in structure-function analyses of the novel enzymes which are involved in the biosynthesis of related complex natural products.

Free Research Field

合成生物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

合理的な生合成リデザインに基づく物質生産は、地球環境負荷の低減や自然資源の効率的利用に資することができるばかりでなく、合成化学あるいは工学的な物質生産の研究領域の進展に大きく貢献する。また、新奇な反応を触媒する酵素（生体触媒）の立体構造基盤の解明は、有機化学的にも重要で新たな触媒概念の確立などにも道を拓く。将来的にはゲノムから代謝経路まで合理的にデザインすることで、合目的な機能分子の自在な創成が可能になる。従来の有機合成によるプロセスに比べて、クリーンかつ経済的な新しい技術基盤として期待できることから、社会的にも意義があり、医薬品のみならず、エネルギー、新規素材の生産技術の革新に直結する。