Creation of Apocarotenoid Diversity through Evolutionary Molecular Engineering of Carotenoid Oxidative Cleavage Enzymes

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K23670
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: 0601:Agricultural chemistry and related fields
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: Furubayashi Maiko 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 主任研究員 (90849895)
• Project Period (FY): 2019-08-30 – 2023-03-31
• Keywords: アポカロテノイド / カロテノイド / 生合成 / レチノイド / 生合成工学 / 合成生物学

Outline of Final Research Achievements

Apocarotenoids are the general term for the oxidative cleavage products of carotenoids, and are known for various biological functions, including plant hormones and fragrance molecules. In this study, we aimed to create novel apocarotenoids in the laboratory by expressing a variety of carotenoid cleavage enzymes (CCOs) from diverse biological origins in recombinant E. coli that produce various carotenoids. By expressing a variety of CCO genes from microorganisms and plants in carotenoid-producing E. coli, we succeeded in the cleavage of carotenoids that are not the original substrates, in other words, the production of novel apocarotenoids. Furthermore, by introducing amino acid mutations into the CCO enzyme, we discovered the possibility of efficient production of new apocarotenoids.

Free Research Field

生合成工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、自然界に存在するカロテノイド開裂酵素（CCO）遺伝子をカロテノイド生産大腸菌に導入して調べることにより、その基質選択性を詳細に調べた。その結果、本来の基質以外のカロテノイドを切断することができることを見出した。この成果は、自然界のアポカロテノイド経路の進化のさらなる理解につながるだろう。また、アポカロテノイドは多様な生理活性や健康・美容効果が知られているが、本研究で生み出されたアポカロテノイド、およびこの方法を用いて生み出しうる新たなアポカロテノイド化合物の生物活性や物性を調べることにより、より機能性が高く価値のある化合物の発見に繋げられると考えられる。