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2013 年度 実績報告書

実験室内での多世代進化によるテルペン酵素活性の組織的創出

研究課題

研究課題/領域番号 11J06590
研究機関千葉大学

研究代表者

古林 真衣子  千葉大学, 大学院工学研究科, 特別研究員(DC1)

キーワードテルペノイド / カロテノイド / 代謝工学 / 進化工学 / 二次代謝 / 生合成 / 合成生物学
研究概要

自然界には何万もの生理活性テルペノイドが存在する。これらの生産活性がいかにして生まれたかを知ること, そして多様なテルペン骨格の合成活性を開発することが, 本研究の目的である。テルペン群のすべての分子骨格は, イソプレニル二リン酸の環化によって一段階で形成される。その生合成を行うテルペン環化酵素は, 基質から二リン酸を脱離させ, そこで生じるカルボカチオンに分子内のどの二重結合を求電子攻撃させるかを規定する「反応シャペロン」の役割を担う。この特異な機構から, 少ないアミノ酸変異によっても, 大きくその生産物の構造を変化し得ることが予言されてきた。申請者はこれまで, テルペン酵素の細胞活性を, 共通するイソプレニル二リン酸を基質とするカロテノイド色素経路の生産量低下によって可視化する手法を開発してきた。本研究では, この手法を用いて, ひとつのテルペン酵素から多様なテルペン活性をつくり出すことを目指した。
採用期間の初年度では, スクリーニング手法を完成させ, 論文として発表した。その後, 二, 三年次においては本手法を用いて, バジル由来ゲラニオール合成酵素, タバコ由来5-エピアリストロケン合成酵素およびマツ由来ビサボレン合成酵素を対象として, 数世代の進化工学を行った。そこで得られた変異体から, 生産物特異性を変更させるものを単離した。その変異体解析によって, テルペンの反応特異性を改変し得るアミノ酸部位を複数特定することができた。これらの結果は, テルペン合成酵素が数アミノ酸変異による小さな構造変化によって反応特異性が大きく変わり得ることを, そしてその変化が大きな活性低下を伴うことなく起こり得ることを示すものである。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

計画通りに研究が進展した。

今後の研究の推進方策

(抄録なし)

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2014 2013

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (1件) (うち招待講演 1件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Evolutionary analysis of the functional plasticity of Staphylococcus aure us C_<30> carotenoid synthase2014

    • 著者名/発表者名
      Furubayashi M, Saito K, Umeno D
    • 雑誌名

      J Biosci Bioeng

      巻: 117 ページ: 431-436

    • DOI

      10.1016/j-jbiosc.2013.10.003

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Construction of carotenoid biosynthetic pathways using squalene synthase2014

    • 著者名/発表者名
      Furubayashi M, Li L, Katabami A, Saito K, Umeno D
    • 雑誌名

      FEBS Lett

      巻: 588 ページ: 436-442

    • DOI

      10.1016/j.febslet.2013.12.003

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A high-throughput colorimetric screening assay for terpene synthase activity based on substrate consumption2014

    • 著者名/発表者名
      Furubayashi M, Ikezumi M, Kajiwara J, Iwasaki M, Fujii A, Li L, Saito K, Umeno D
    • 雑誌名

      PLoS ONE

      巻: 9 ページ: e93317

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0093317

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 代謝経路と制御ネットワークの組織的な進化工学技術2013

    • 著者名/発表者名
      梅野太輔, 冨永将大, 古林真衣子, 池紘平
    • 雑誌名

      生物工学会誌

      巻: 91 ページ: 333-336

  • [学会発表] A highly specific synthetic metabolic pathway assembled from promiscuous enzymes2013

    • 著者名/発表者名
      Furubayashi M
    • 学会等名
      Synthetic Biology 6.0 Conference (SB6.0)
    • 発表場所
      Imperial Collage London, United Kingdom
    • 年月日
      20130700
    • 招待講演
  • [図書] 「人工代謝経路構築のための進化分子工学」, 伏見譲(監修)『進化分子工学~高速分子進化によるタンパク質・核酸の開発~』2013

    • 著者名/発表者名
      古林真衣子, 梅野太輔
    • 総ページ数
      466
    • 出版者
      エヌ・ティー・エス

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公開日: 2015-06-25  

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