| 研究領域 | デジタル化による高度精密有機合成の新展開 |
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| 研究課題/領域番号 |
22H05364
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| 研究種目 |
学術変革領域研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
学術変革領域研究区分(Ⅱ)
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
大洞 光司 大阪大学, 大学院工学研究科, 准教授 (10631202)
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| 研究期間 (年度) |
2022-06-16 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
8,060千円 (直接経費: 6,200千円、間接経費: 1,860千円)
2023年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2022年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
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| キーワード | 人工酵素 / 触媒 / 物質変換 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、自在物質変換反応の実現をめざして、高活性な金属錯体とタンパク質マトリクスを組み合わせ、高活性かつ高選択性を達成する人工金属酵素を開発する。 具体的には、生体内で難易度の高いC-H結合水酸化反応を触媒する天然金属酵素(シトクロムP450)の反応性を参考に、C-H結合官能基化反応に高い触媒能を示す活性中心となる金属錯体と機械学習により設計したタンパク質マトリクスを組み合わせた人工金属酵素を調製し、評価する。高活性で、高い立体・位置選択性、さらには反応性を凌駕する官能基選択性を示す触媒系の自在設計法を開拓する。
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| 研究実績の概要 |
持続可能社会の実現に向けて、環境調和型かつ貴金属を含まない触媒を用いた物資変換反応が注目されている。この条件は酵素と類似しているが、その一方で天然酵素の多くは基質適用範囲が狭く、有機合成への利用は限られている。本研究では、自在物質変換反応の実現をめざして、高活性な金属錯体とタンパク質マトリクスを組み合わせ、高活性かつ高選択的を達成する人工金属酵素の開発およびその設計法の確立を目的としている。本年度は前年度に探索した金属錯体とタンパク質マトリクスの組み合わせから、活性の高かったシトクロムP450あるいはミオグロビンと鉄ポルフィセンの組み合わせを選択した。特にC-H結合のアミノ化反応に注力して調査した。ミオグロビンの変異体では、三級のC-H結合に対し、最大数千の触媒回転数を示し、有効な人工金属酵素であることを確認した。シトクロムP450に関しては軸配位子を網羅的に変異導入し、その中からアスパラギン酸を軸配位子とする変異体が高い活性を示すことを確認した。シトクロムP450では二級のC-H結合のアミノ化を試みた。複数の変異点から有力な箇所を選定し、網羅的に一重変異体を作成し、それらの触媒活性、立体選択性を調べた。これらのデータと配列のみのデータから機械学習を実施し、多重変異体の予測を実施した。最終的に10倍を超える活性を示す変異体を発見した。また機械学習が変異体探索を加速させることを確認した。今後はより一般化した設計手法に展開することで、様々な反応に有用な人工金属酵素の開発に貢献すると期待される。これらの成果の一部は国際学術誌に学術論文として発表し、また学会等でも発表を行ない、高い評価を得た。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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