半人工遺伝子クラスターによる難培養微生物由来有用天然化合物の異属生産技術の開発

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21K14798
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 工藤 慧 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 研究員 (80828161)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 天然物化学 / 海洋天然物 / 難培養微生物 / 発酵生産 / 合成生物学 / ガン / 医薬品

Outline of Annual Research Achievements

我々はPseudomonas属細菌が生産するtetrahydroisoquinoline(THIQ)骨格含有化合物safracinの生合成遺伝子クラスターをクローニングし、P. putidaを宿主とした異種発現によりsafracinを生産させることに成功している。同じくTHIQ骨格を有する抗がん剤にEcteinascidin-743があるが、本化合物は海洋生物に共生する難培養微生物が生産するため、safracinから多段階の反応ステップを経る半合成によって供給されている。このような高活性化合物を一段発酵生産する技術、あるいはより優れた半合成前駆体を供給する技術は、天然資源を創薬等へ最大限に活用するために極めて重要である。
safracin生合成遺伝子をrenieramycin生合成遺伝子に置換え、さらにrenieramycin生合成に特徴的な遺伝子を追加することで人工遺伝子クラスターを構築した。一部の生合成前駆体はsafracinとrenieramycinで共通するため、それらの生合成遺伝子に関してはそれぞれ作製した。また、renieramycinに特徴的な生合成前駆体の供給のため、放線菌由来遺伝子の利用も検討した。以上のように遺伝子の組合せを複数検討したが、目的とするrenieramycin誘導体は生産されなかった。
以上の結果から、ET-743生合成の各段階の反応を、組換えタンパク質を用いたin vitro実験によって検証することを計画した。ET-743生産菌は極めてGC含量が低いため、コドン最適化した遺伝子を用いた組換えタンパク質の生産を試みた。その結果、発現したタンパク質はいずれも可溶性に取得することができなかったため、発現条件の最適化が必要であると推察された。