2024 Fiscal Year Annual Research Report
Creation of novel amino acid metabolizing enzymes by genome information and protein engineering
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20K05816
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| Research Institution | Osaka Institute of Technology |
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Principal Investigator |
大島 敏久 大阪工業大学, 工学部, 教授 (10093345)
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2020-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | アミノ酸代謝関連酵素 / 耐熱性酵素 / 機能と構造解析 / 酸化還元酵素 / 機能改変 / ゲノム情報 / 人工酵素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、微生物のゲノム情報が蓄積し、それを利用する目的の酵素遺伝子を見出し、遺伝子組換えにより簡便に酵素の生産・精製後、構造と機能を評価し、その情報をもとに合目的に新規機能をもつ人工酵素を創製することが容易になってきた。本研究では，ゲノム情報を利用し、有用な新規アミノ酸代謝関連酵素を見出し、産業利用に適した酵素を創製する手法を確立することを主目的としている。最終年度である令和6年度は、ゲノム情報から見出した超好熱菌のロイシン脱水素酵素とmeso-ジアミノピメリン酸脱水素酵素を対象に機能、構造解析、応用開発を進めた。その結果、超好熱菌では最初となる両耐熱性酵素の人工合成遺伝子を大腸菌で発現させることに成功し、発現産物の精製と酵素化学的特徴の解明に成功した。今後の応用面での展開が期待できる。
本研究期間全体を通じての成果としては、ゲノム情報をもとに新たに見出した新規NADP依存性L-アルギニン脱水素酵素（L-ArgDH）遺伝子の組換え大腸菌での発現と発現産物の酵素化学的特徴の解明とL-Argの酵素分析への応用開発に初めて成功した。ここで開発した酵素分析法は肝癌の新たな臨床診断への応用展開が期待されている。次にゲノム情報から好熱性胞子形成菌に２種類のアラニン脱水素酵素（AlaDH）の遺伝子ホモログ（GK2752とGK3448遺伝子）産物の機能と構造解析から、両酵素は類似の酵素科学的特徴と構造をもつが、栄養増殖細胞と胞子細胞と異なる細胞増殖ステージで生産されることを発見した。この研究成果は、栄養増殖細胞と胞子細胞の2つの遺伝子の役割分担の解明や両酵素の胞子形成と発芽の分子レベルでの制御機構の解明への展開が期待されている。本研究での研究手法は他の数種の新規酵素の機能と構造解明にも非常に有効であるので、今後の同様な研究の展開に大いに貢献できることが明らかである。
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