アミノサイクリトール抗生物質生合成遺伝子の機能解明と生物的類緑体合成への応用

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13760084
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 為我井 秀行 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助手 (90293034)
• Keywords: アミノサイクリトール / 生合成遺伝子 / 放線菌 / 進化

Research Abstract

Bacillus circulansにおけるプチロシン生合成遺伝子クラスターに存在するbtrS遺伝子を大腸菌で発現させ、その活性を調べることによって、本遺伝子がL-グルタミン:2-デオキシ-scyllo-イノソースアミノ基転移酵素遺伝子をコードしていることが明らかとなった。さらにこの遺伝子組み替え大腸菌で発現させたBtrSを電気永動的均一にまで精製し、その酵素的、分子的性質の解明を行った。
BtrSは、Streptomyces griseusのL-グルタミン:scyllo-イノソースアミノ基転移酵素StsCと相同性を示す。StsCはストレプトマイシン生合成に関与する酵素であり、このタイプの酵素がアミノサイクリトール生合成系に普遍的に存在する可能性を示すものである。そこでBtrSとStsCの配列をもとにオリゴヌクレオチドを設計し、degenerate PCRによってネオマイシン生産菌S. fradiae、カナマイシン生産菌S. kanamyceticus、リボスタマイシン生産菌S. ribosidificusにおけるbtrS相同遺伝子の探索を行った。その結果、いずれの菌からもbtrSおよびstsCと高い相同性を有する配列を持ったDNA断片を得ることができた。興味深いことにこれらの配列は2-デオキシストレプタミン含有アミノサイクリトール生合成に関与するbtrSよりもイノシトール由来のアグリコンを持つストレプトマイシン生合成に関与するstsCと遥かに高い類縁性を示した。つまりbtrS類縁遺伝子の分類は、生産される化合物の分類ではなく微生物の系統的分類にしたがう。このことはアミノサイクリトール生合成遺伝子が比較的古くから存在する遺伝子であり、進化が垂直、水平の両方向で起こっていることを示唆するものである。

Research Products

• [Publications] Tamegai, H., Nango, E., Koike-Takeshita, A., Kubo, F., Kakinuma, K.: "Significance of the 20-kDa subunit of heterodimeric 2-deoxy-scyllo-inosose synthase for the biosynthesis of butirosin antibiotics in Bacillus circulans"Biosci.Biotechnol.Biochem.. 66(7). 1538-1545 (2002)
• [Publications] Tamegai, H., Nango, E., Kuwahara, M., Yamamoto, H., Ota, Y., Kuriki, H., Eguchi, T., Kakinuma, K.: "Identification of L-glutamine : 2-deoxy-scyllo-inosose aminotransferase required for the biosynthesis of butirosin in Bacillus circulans"J.Antibiotics. 55(8). 707-714 (2002)
• [Publications] Tamegai, H., Eguchi, T., Kakinuma, K.: "First identification of Streptomyces genes involved in the biosynthesis of 2-deoxystreptamine-containing aminoglycoside antibiotics -Genetic and Evolutionary analysis of L-glutamine : 2-deoxy-scyllo-inosose aminotransferase genes-"J.Antibiotics. 55(11). 1016-1018 (2002)