Studies on biosynthetic machinery of biologically active natural products

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project Area: Creation of Complex Functional Molecules by Rational Redesign of Biosynthetic Machineries
• Project/Area Number: 16H06452
• 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: Hokkaido University
• Principal Investigator: Dairi Tohru 北海道大学, 工学研究院, 教授 (70264679)
• Project Period (FY): 2016-06-30 – 2021-03-31
• Keywords: 多価不飽和脂肪酸 / 合成酵素 / ポリケチド合成酵素 / 炭素鎖長制御 / シス二重結合生成機構 / 酵素工学 / アミド結合形成酵素

Outline of Final Research Achievements

Polyunsaturated fatty acids (PUFAs) such as docosahexaenoic acid (DHA), eicosapentaenoic acid (EPA), and arachidonic acid (ARA) are essential fatty acids for humans. PUFAs are biosynthesized by either desaturases/elongases from oleic acid or PUFA synthases from acetyl units. PUFA synthases are composed of three or four subunits and each creates a specific PUFA even though the multiple catalytic domains in each subunit are very similar. We dissected these PUFA synthases by in vivo and in vitro experiments and elucidated how the enzymes control PUFA profiles. Moreover, for the first time, we converted a DHA synthase into an EPA synthase by one amino acid substitution.

Free Research Field

生合成工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

現在、ヒトの必須脂肪酸である多価不飽和脂肪酸は、原料として魚油が用いられているが安定的な供給が難しく、また資源の枯渇も危惧されている。そこで新たな供給源が探索され、海洋微細藻類を用いたDHA生産と糸状菌を用いたARA生産が実用化されている。しかし、EPAの実用的生産システムは確立されていない。今回、海洋性原核微生物由来のDHA、EPA、ARA合成酵素を用いて、これらを作り分けるメカニズムを解明できたことから、得られた結果に基づき、微細藻類の実用DHA合成酵素をEPA合成酵素に改変することができれば、改変酵素を用いたEPAの実用発酵生産が期待される。