Exploration and functional analysis of novel proteins involved in the direct functionalization of molecular nanocarbons by insects

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 22K14782
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 37010:Bio-related chemistry
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: Usami Atsushi 名古屋大学, 高等研究院(WPI), 特任助教 (40890447)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 生物変換 / 昆虫 / 分子ナノカーボン / 生体触媒

Outline of Final Research Achievements

This project has successfully explored the novel proteins involved in the direct oxidation of molecular nanocarbons and characterized their functions, using the insect, Spodoptera litura larva, as a biocatalyst. The protein involved in the direct oxidation is a variant of cytochrome P450, a xenobiotic enzyme. Furthermore, the specificity of the substrates was revealed by feeding molecular nanocarbons of various sizes to the larvae of S. litura, and the binding structure, stability, and reaction mechanism were successfully inferred by computational science.　It is expected that in the future, novel functional molecular nanocarbons can be created by elucidating the molecular functional capabilities of target proteins in detail.

Free Research Field

ケミカルバイオロジー

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

分子ナノカーボンは、現在、その特異な性質から工学を始め様々な分野で利用され、生物医学への応用可能性が示され、より複雑な未踏・新奇な分子ナノカーボンの精密設計・合成法が確立している。また、位置選択的に官能基を付与することで新たな物性や機能が見出されているが、適用可能な分子は限定的である。本研究では、昆虫が有する異物代謝能力に着目し実験を進めることで、機能化反応に関与する酵素タンパク質とその機能解明に成功した。本成果は、これまで有機合成的手法や物理的手法による合成・変換が「常識」であった分子ナノカーボン分野に「昆虫を用いた機能分子創製」という新たなオプションを提示する大きな第一歩である。