2021 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of molecular basis of biosynthesis with the aim of expanding the diversity of natural products
| Project/Area Number |
20H00416
|
|---|
| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
|---|
Principal Investigator |
高橋 俊二 国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, ユニットリーダー (30311608)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
野川 俊彦 国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, 技師 (40462717)
永野 真吾 鳥取大学, 工学研究科, 教授 (60286440)
加藤 直樹 摂南大学, 農学部, 准教授 (90442946)
滝田 良 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 講師 (50452321)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
|
| Keywords | 放線菌 / 天然化合物 / 異種発現 / 生合成 / 遺伝子資源 / 化学資源 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
Streptomyces sp. RK-16によって生産されるフォスミドシン (PM) 生合成機構の解明に向けて、生産菌のゲノム解読及び遺伝子機能アノテーション情報をもとにしてPM生合成遺伝子と推定される領域全長を異種発現用ベクターにクローニングした。オペロンを形成しているPM遺伝子クラスター上流に機能するプロモーターを付加したベクターを複数構築し、放線菌異種発現によってPM生産を検討した。また、Streptomyces sp. 80H647によって生産されるアスカマイシン (ASM) 生合成機構の解明に向けて、生産菌のゲノム解読及び遺伝子機能アノテーション情報をもとにして、ASM生合成遺伝子と推定される領域全長を異種発現用のベクターにクローニングし、放線菌異種発現によって、ASM生産を検討した。生合成に必要と考えられる全遺伝子が揃っていない可能性を考慮し、候補遺伝子の追加導入も検討した。さらに、アスカマイシン遺伝子クラスターは、複数のプロモーターによる制御であることから、生産性向上に向けて生産菌を用いた転写制御因子導入による異種発現生産を検討した。バーティシラクタム生合成機構の解明に向けて、遺伝子破壊株の構築、及びプロモーター改変により最適化された経路特異的転写制御因子の導入により、ポリケチド合成酵素によって合成される生合成中間体を取得しその構造を解析した。また、海洋由来の微生物（Aquimarina spongiae）メタゲノムよりハロ酸デハロゲナーゼ様ヒドロラーゼスパーファミリーに分類されるテルペン環化酵素群を見出した。人工合成DNAを用いて大腸菌異種発現・精製を行い、酵素反応を生化学的に解析した。その結果、本酵素はdrimenolを生産に関わることが判明しドリメノール合成酵素を見出した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
新型コロナウイルス感染症による影響で研究が遅延したため、当初の2021年度の計画を統合して研究を進めた。２年分の計画を本年度に集約し、核酸系の抗生物質の生合成遺伝子クラスターの取得とポリケチド生合成中間体の取得と構造解析、新規テルペン環化酵素の機能解明研究が大きく進展した。一方、この中でアスカマイシン生合成遺伝子クラスター解析は当初の予想よりも困難であった。生合成解析に必須である生合成中間体の生産性改善のためには、異種発現よりも生産菌を用いた生産制御の方が適していることが判明し、新たな研究計画を加えた。
|
| Strategy for Future Research Activity |
新型コロナウイルス感染症による影響で研究が遅延した2020年度と2021年度の研究達成度状況から、2022年度の研究計画を再構築する。アスカマイシン生合成機構の解明・生産性向上に向けて、生産菌 (Streptomyces sp. 80H647)を用いた転写制御因子の発現増強に加えて、生合成遺伝子に含まれるレアコドンに対応するtRNAの補充、ハロゲン化に関わる修飾酵素遺伝子の導入を検討する。バーティシラクタム生合成機構の解明に向けて、遺伝子破壊株に蓄積する生合成中間体を調製する。さらに、精製酵素と生合成中間体を反応させることによって、水酸化、オクタリン環、及びフラン環形成機構を解析する。さらに、ハロ酸デハロゲナーゼ様ヒドロラーゼスパーファミリーに分類されるテルペン環化酵素群のうち、海洋由来の微生物に由来する類似の酵素群の機能を解析する。
|
