微生物のアルドキシムーニトリル経路の発見と酵素的ニトリル合成への利用

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13460045
• Research Institution: Toyama Prefectural University
• Principal Investigator: 浅野 泰久 富山県立大学, 工学部, 教授 (00222589)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 米田 英伸 富山県立大学, 工学部, 助手 (50285160) ; 加藤 康夫 富山県立大学, 工学部, 助教授 (20254237)
• Keywords: アルドキシム / ニトリル / ニトリル・ヒドラターゼ / アルドキシム・デヒドラターゼ / Bacillus sp. / Rhodococcus sp. / ニトリラーゼ

Research Abstract

ニトリル・ヒドラターゼやニトリラーゼ等のニトリル加水分解酵素は産業上の有用性ばかりが強調されてきたが、本研究の開始にあたって(1)天然界のニトリルはどこから来たのか?(2)酵素的にニトリルを合成できるか?を明らかにする計画を立てた。
(1)については、Bacillus sp. OxB-1株において、アルドキシム・デヒドラターゼとニトリラーゼが連関して存在することを明らかにした。(2)については、新酵素アルドキシム・デヒドラターゼを用いて定量なニトリル合成に世界で初めて成功した。
(1)新酵素アルドキシム・デヒドラターゼの分布:土壌からアルドキシム分解菌Bacillus sp. OxB-1株、Rhodococcus sp. YH3-3、およびRhodococcus sp.等を単離し、アルドキシム・デヒドラターゼの分布を明らかにした。
(2)アルドキシム・デヒドラターゼの構造の解明と連関する酵素群の構造の解明:微生物界において、アルドキシム・デヒドラターゼのニトリル・ヒドラターゼ等のニトリル加水分解酵素は連関して存在することを明らかにした。すなわち、アルドキシム分解菌は、ニトリル加水分解酵素活性を持ち、ニトリル分解菌は、アルドキシム・デヒドラターゼ活性を持つことを明らかにした。Bacillus sp.においては、酵素活性レベルのみならず、遺伝子上でもこれらの遺伝子が連関していることを明らかにした。
(3)アルドキシム・デヒドラターゼを用いるニトリル化合物の合成:Rhodococcus sp. YH3-3および大腸菌形質転換株を用いて、最適条件下で各種のアリールおよびアルキルアルドキシムを基質として、良好な収率で対応するニトリルを合成した。
(4)アルドキシム・デヒドラターゼの酵素化学的諸性質の解明:土壌より分離したRhodococcus sp.等において、培地の炭素源および有機窒素源等の培地成分や合成化合物等の添加による酵素の誘導条件を明らかにした。
(5)アルドキシム・ニトリル経路の解明:Rhodococcus sp. YH3-3よりニトリル・ヒドラターゼを高度に精製し、酵素化学的諸性質を明らかにした。

Research Products

• [Publications] S.-X.Xie, Y.Kato, Y.Asano: "High yield synthesis of nitriles by a new enzyme phenylacetaldoxime dehydratase from Bacillus sp. strain OxB-1"Biosci. Biotechnol. Biochem.. 65(12). 16666-1672 (2001)
• [Publications] Y.Asano: "Overview of screening for new microbial catalysts and their uses in organic synthesis -Selection and optimization of biocatalysts-"J. Biotechnol.. 94(1). 65-72 (2002)
• [Publications] 浅野泰久: "土中の微生物に有用物質を合成させる"化学工業. 14(2). 36-39 (2002)
• [Publications] Y.Asano: "Overview of screening for new microbial catalysts and their uses in organic synthesis -Selection and optimization of biocatalysts-"J. Biotechnol.. 94(1). 65-72 (2002)
• [Publications] Y.Asano: "Selection and directed evolution of new microbial biocatalysts and their application to organic synthesis"Agric. Chem. Biotechnol.. 43(4). 207-210 (2000)
• [Publications] Y.Kato, R.Ooi, Y.Asano: "Distribution of aldoxime dehydratase in Microorganisms"Appl. Environ. Microbiol. 66. 2290-2296 (2002)
• [Publications] 浅野泰久: "菌体で有用物質を作る、グリーンバイオテクノロジー-持続的社会のための生物工学-"菌体で有用物質を作る. 71-82 (2002)