| 研究課題/領域番号 |
19H02521
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
新井 宗仁 東京大学, 大学院総合文化研究科, 教授 (90302801)
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| 研究分担者 |
林 勇樹 東京大学, 大学院総合文化研究科, 助教 (90444059)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | バイオ燃料 / 酵素 / 酵素デザイン / タンパク質工学 / 進化分子工学 / 理論的設計 |
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| 研究実績の概要 |
シアノバクテリアは、アシルACP還元酵素（AAR）とアルデヒド脱ホルミル化オキシゲナーゼ（ADO）という2つの酵素を用い、光合成で軽油相当のアルカンを合成できることから、地球温暖化の防止に有効な再生可能バイオエネルギーの生産源として注目されている。しかし両酵素の活性は低いため、高活性化が必要である。そこで本研究では、3通りの方法でこれらの酵素活性の向上を目指している。2019年度は次の研究を行った。
(1) 進化分子工学実験： AARはアルデヒドを生成し、これを基質としてADOはアルカンを合成する。そこで、アルデヒド量に応じて発光する大腸菌を作製し、AARのランダム変異ライブラリから、発光量が増加した変異株を複数得ることができた。
(2) 網羅的変異解析： ADOのアラニンスキャン変異解析で高活性化した部位において飽和変異解析を行った結果、さらに高活性化したADO変異体を得た。また、様々なADOの配列比較に基づき、ADOを高活性化させる上で重要な非保存部位を同定した。
(3) 理論的設計： 最先端のタンパク質設計用ソフトウェアRosettaを用いて酵素を高活性化させる方法を開発した。モデル酵素を用いてその手法を検証した結果、活性を飛躍的に向上できた。今後この手法をADOやAARに適用する。
上記の他に、次の研究成果も得た。①ADOがAARからアルデヒドを受け取るときにAARと結合する部位を同定し、静電相互作用が重要なことを明らかにした。②短い炭化水素の合成に関わるAARに変異を導入して高活性化させた。③植物のタンパク質GUN1が、葉緑体から核へのシグナル伝達を行うことを明らかにした。④Rosettaソフトウェア等を用いて、疾患に関わるタンパク質間相互作用を阻害する物質を設計した。⑤タンパク質が立体構造を形成する機構を統計力学的に解析する手法を開発した。
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| 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
本研究では、AARとADOの高活性化に向けて3通りのアプローチで取り組んでいる。いずれのアプローチにおいても着実な進展がみられており、特に2つ目のアプローチである網羅的変異解析においては、既に高活性化したADO変異体が複数得られている。また、3つ目のアプローチである理論的設計では、様々な酵素に応用可能な酵素高活性化法が開発されつつある。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後も3通りのアプローチにより、当初の予定通りに研究を進めていく予定である。具体的には、進化分子工学実験では、今回得られた高発光株のAAR変異体の酵素活性などを詳細に調べ、AARの高活性化変異体を得る。次に、ADOの進化分子工学実験を始める。
網羅的変異解析では、これまでに得たADOの高活性化変異体を複数組み合わせることにより、さらに高活性化した変異体を構築する。その後、AARの高活性化を目指した実験を行う。
理論的設計では、今回開発された高活性化法などを用いて、まずはADOの高活性化を目指し、その後にAARの高活性化を行う。また、AARとADOの結合がアルカン合成には重要であることから、両者の結合を強化した変異体の設計も行う。
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