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2018 年度 実績報告書

メガロ糖研究の新展開:優れた機能を発揮する新しいメガロ糖の構築とその応用

研究課題

研究課題/領域番号 17H03801
研究機関北海道大学

研究代表者

木村 淳夫  北海道大学, 農学研究院, 教授 (90186312)

研究分担者 田上 貴祥  北海道大学, 農学研究院, 助教 (70709849)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2021-03-31
キーワードメガロ糖 / 機能解析 / 可溶化
研究実績の概要

我々は初めてメガロ糖(構成単糖数が10~200の糖質)の生産に成功した。性質を調べると、BCS II化合物(難水溶性・高膜透過性を示す。薬剤や食素材の多くが属す)を可溶化する画期的な機能が発見された。一般に「BCS II化合物は水溶性を高めるべき」が推奨され、メガロ糖が持つ水溶性の向上は有用である。一方、メガロ糖研究は緒に就いたばかりで、解決すべき課題が多い。本研究では、次に示す特に重要な3課題の究明が目的である。すなわち、1)メガロ糖生産酵素(多糖合成酵素)の糖合成に関与する蛋白質構造(構造因子)を解明。2)高機能な新しいメガロ糖を構築。3)環境汚染を引起こす難溶性アゾ色素の酵素分解に構築した新奇メガロ糖を活用。 以下に今年度の成果を示す。
1. 多糖合成酵素の分子機構:酵素結晶の調製結果から、酵素の精製度を上げる工夫を行った。なお複合体結晶に使用する糖質の調製は完了した。
2. 新メガロ糖の構築:(1)グルコース型メガロ糖:新奇なグルコース型メガロ糖を転移酵素を用いて調製した。すなわち、基質の末端にグルコシド結合を構築し、当該残基にグルコシド型糖鎖を転移させた。構造分析(分子量測定や結合解析)から、目的のメガロ糖であることを確認した。 (2)可溶化能:前項の新奇グルコース型メガロ糖および昨年度に食品用多糖から得たメガロ糖を用いて、BCS II化合物の可溶化試験を行った。前者はBCS II薬剤を、また後者は水に極めて難溶なBCS II食品素材を可溶化した。その能力は、我々が以前に研究したα-1,6結合型メガロ糖よりも優れていた。
3. アゾ色素汚染の解消:まず評価法として「土壌・アゾ色素-擬似システム」を確立させた。本方法を用いて2-(2)項で述べた2種のメガロ糖を対象にアゾ色素可溶化能を調べ、両者が土壌中のアゾ色素を水溶化した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

以下が、自己点検評価の理由である。
1. 酵素結晶の調製に時間を要することは、当初から予想していたが、問題が少しずつ解決されている。また複合体結晶に用いる糖質の作製に成功した。
2. 新奇なグルコース型メガロ糖の調製に成功しただけでなく、本メガロ糖および食品用多糖由来のメガロ糖に「水に極めて難溶なBCS II化合物の可能化現象」を見出した。本能力が極めて高い点も明らかにされ、画期的な成果となった。
3. メガロ糖による土壌アゾ色素可溶化に関する評価法を完成した。さらに当該色素の可溶化能を確認でき、これにより次年度に予定の酵素分解研究に大きく貢献する知見を得た。

今後の研究の推進方策

研究の全体は順調に進行され、かつ予想を上回る成果もあるため(「現在までの進捗状況」の項を参照)、今後の推進方針に変更はない。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] マハサラカーン大学(タイ)

    • 国名
      タイ
    • 外国機関名
      マハサラカーン大学
  • [雑誌論文] Novel α-1,3/α-1,4-glucosidase from Aspergillus niger exhibits unique transglucosylation to generate high levels of nigerose and kojibiose.2019

    • 著者名/発表者名
      Ma Min、Okuyama Masayuki、Tagami Takayoshi、Kikuchi Asako、Klahan Patcharapa、Kimura Atsuo
    • 雑誌名

      Journal of Agricultural and Food Chemistry

      巻: 67 ページ: 3380~3388

    • DOI

      DOI:10.1021/acs.jafc.8b07087

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Engineered dextranase from Streptococcus mutans enhances the production of longer isomaltooligosaccharides2018

    • 著者名/発表者名
      Klahan Patcharapa、Okuyama Masayuki、Jinnai Kohei、Ma Min、Kikuchi Asako、Kumagai Yuya、Tagami Takayoshi、Kimura Atsuo
    • 雑誌名

      Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry

      巻: 82 ページ: 1480~1487

    • DOI

      DOI:10.1080/09168451.2018.1473026

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Parageobacillus caldoxylosilyticusの糖質加水分解酵素:機能解明と糖転移向上2018

    • 著者名/発表者名
      陣内恒平、吉田強軌、奥山正幸、田上貴祥、木村淳夫
    • 学会等名
      日本農芸化学会北海道支部
  • [学会発表] 改変β-fructofuranosidaseによる6-ケストースの合成および精製2018

    • 著者名/発表者名
      髙木惇生、芹沢領、奥山正幸、田上貴祥、志村華子、上野敬司、小野寺秀一、木村淳夫
    • 学会等名
      日本農芸化学会東北・北海道支部
  • [学会発表] ブタ血清由来α-グルコシダーゼのcDNAクローニングと組換え酵素の機能解析2018

    • 著者名/発表者名
      渡邊憲、田上貴祥、奥山正幸、木村淳夫
    • 学会等名
      日本農芸化学会東北・北海道支部
  • [学会発表] Structural and functional investigation of starch-metabolizing enzymes2018

    • 著者名/発表者名
      Tagami T, Okuyama M, Mori H, Kimura A
    • 学会等名
      Protein Society of Thailand
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Molecular characterization of glycosidases in GH97, subfamily c2018

    • 著者名/発表者名
      Kikuchi A, Oyama M, Kato K, Tagami T, Yao M, Kimura A
    • 学会等名
      International Carbohydrate Symposium
    • 国際学会
  • [備考] 分子酵素学研究室 | 北海道大学大学院 農学研究院 - 北海道大学 農学部

    • URL

      https://lab.agr.hokudai.ac.jp/molenzlab/

URL: 

公開日: 2019-12-27  

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