2016 Fiscal Year Annual Research Report
Mechanistic Analysis of Biosynthetic Machinery for Rational Redesign of Microbial Secondary Metabolites
| Project Area | Creation of Complex Functional Molecules by Rational Redesign of Biosynthetic Machineries |
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| Project/Area Number |
16H06451
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
江口 正 東京工業大学, 理学院, 教授 (60201365)
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| Project Period (FY) |
2016-06-30 – 2021-03-31
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| Keywords | 生合成 / 微生物二次代謝 / 酵素機能 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、微生物二次代謝産物の生合成系の遺伝子情報の拡大に努めながら、多様な二次代謝産物の生合成系を遺伝子・酵素，反応レベルで精密に機能を解析する。さらに、これらの遺伝子情報を基盤とした生合成リデザインによる新物質生産への応用することを最終的な目的としている。本年度は、主にヌクレオシド系抗生物質アリステロマシンおよびマクロラクタム抗生物質インセドニン及びクレミマイシンの生合成酵素の機能解析を行った。
１）アリステロマシンの生合成酵素の機能解析
炭素五員環含有型抗生物質アリステロマイシンの生合成機構を酵素反応レベルで解明することを目的として、アリステロマイシン生合成遺伝子クラスターを特定し、さらに、糖質から炭素五員環型サイクリトールリン酸を形成する酵素Ari2 の機能解析を行い、Ari2がフルクトース-6-リン酸を基質、NAD+を補酵素とした反応を触媒し、炭素５員環生成物を与えることを明らかにした。
２）マクロラクタムポリケチド抗生物質インセドニン及びクレミマイシンの生合成酵素の機能解析
本申請者らは、既にマクロラクタム抗生物質ビセニスタチン開始基質の生合成経路を酵素レベルで解明してきた。さらに、マクロラクタム抗生物質の開始基質であるβ-アミノ酸を運搬する酵素であるVinNホモログが、各天然物の生合成経路に特異的なβ-アミノ酸を認識しゲートキーパーの役割を果たしていることを明らかにしてきた。VinNホモログの基質認識を改変することができれば、天然型とは異なったβ-アミノ酸を取り込ませて、新たなマクロラクタム化合物の創製も期待できる。そこでインセドニン及びクレミマイシン生合成中のVinNホモログの結晶化を行い、その構造解析に成功し、基質認識機構を明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の予定であるマクロラクタム抗生物質の機能解析については、順調に進んでいる。また、ヌクレオシド系抗生物質であるアリステロマイシンの生合成酵素の機能解析では、生合成遺伝子クラスターを特定でき、さらに鍵酵素となる炭素５員環を形成する酵素の機能を明らかにすることが出来た。また、アミノグリコシド系抗生物質に関しては、機能未知の酵素の機能解析を行っており、新たな知見が得られている段階にあり、これらを考えるとほぼ予定通りに研究計画が進んでいると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、アミノ配糖体抗生物質の生合成遺伝子の機能解析をさらに進めて、それらの基質特異性の解明へと進めていく予定である。それらの結果を基に新規類縁体創製を目指す。また、マクロラクタム抗生物質生合成に関して、機能未知酵素の機能を明らかにすると共に、反応機構解析、基質特異性を明らかにし、生合成リデザインによる非天然型抗生物質創製に向けて、研究を発展させる予定である。
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