2016 Fiscal Year Annual Research Report
Structure-based design of nitrification inhibitor targeting hydroxylamine oxidoreductases of ammonia-oxidizing bacteria
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26310317
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| Research Institution | National Agriculture and Food Research Organization |
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Principal Investigator |
山崎 俊正 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 高度解析センター・生体高分子解析チーム, チーム長 (40360458)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤原 健智 静岡大学, 理学部・生物科学科, 教授 (80209121)
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| Project Period (FY) |
2014-07-18 – 2017-03-31
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| Keywords | 環境調和型農林水産 / 地球温暖化ガス排出削減 / 分子標的型硝化抑制剤 / 構造ベース創農薬 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
農耕地で問題となっている窒素養分の流出や温室効果ガスN2Oの発生の解消に向け、その原因となるアンモニア酸化細菌(AOB)の硝化反応の鍵酵素であるヒドロキシルアミン酸化還元酵素(HAO)を標的とする新規硝化抑制剤の開発研究を行った。まず、農耕地土壌に生息する2種類のアンモニア酸化細菌のHAO (betaAOB由来NeHAOとgammaAOB由来NoHAO)についてX線結晶構造解析と薬剤感受性試験を実施して、両者は全体構造は酷似しているが、薬剤結合ポケットの構造が異なるために薬剤感受性が大きく異なることを明らかにした。そこで、広範囲スペクトラムなHAO標的型硝化抑制剤を開発するために、NeHAOとNoHAOの両者を対象として構造ベース創農薬研究を実施した。弱いHAO阻害活性を持つフェニルヒドラジンとアセトアルドキシムのHAO複合体のX線結晶構造解析結果に基づいて、両化合物の特徴的な官能基をファーマコファに設定して、530万種の市販化合物ライブラリのファーマコファサーチを実施し、最終的に98種の候補化合物を選抜した。このうち入手できた77化合物についてHAO阻害活性を解析し、500uMの阻害濃度で50%以上の阻害活性（IC50 < 500uM）を持つ化合物を、NeHAOに対して9種類、NoHAOに対して22種類取得した。最も強い阻害活性を持つ分子量122-Daの化合物は、NeHAOとNoHAOに対するIC50がそれぞれ43nMと250nM、生菌阻害活性は1.85uM (Ne菌)と19.3uM (No菌)で、現在使用されている上市硝化抑制剤3種中で最強のニトラピリンの生菌阻害活性に匹敵する新規HAO標的型硝化抑制剤のリード化合物の取得に成功した。さらに、122-Da化合物の構造をもとに膜透過性と生菌阻害活性の向上が期待される新規化合物を分子設計した。
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| Research Progress Status |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Causes of Carryover |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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