Biosynthesis of sequence-regulated polyesters and analysis of synthetic mechanism

序列调控聚酯的生物合成及合成机理分析

基本信息

批准号：
20H04368
负责人：
松本謙一郎
金额：
$ 11.07万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究課題は、微生物産生ポリエステルであり生分解性プラスチックとして利用できるポリヒドロキシアルカン酸（PHA）の構造制御に関するものである。PHAの構造制御は、材料物性に直結する重要な技術課題である。申請者が独自に見出したPHA合成酵素により、非天然モノマーであるグリコール酸を含むブロック共重合体をポリマーを得ることができた。得られた共重合体は、同一分子内にランダム共重合体とホモポリマーセグメントを有する、特殊な配列構造を有していた。ランダム共重合体部分のグリコール酸分率は推定約70モル％に達し。本結果は、これまで全く例のない特殊な構造を持つPHAの合成を可能にするものであり、かつ、グリコール酸分率の高い構造を合成する新規な方法を与えた。これらの成果はFrontiers in Bioengineering and Biotechnology誌で発表した。さらに、ブロック共重合体の化学構造の拡張に取り組んだ。使用している配列制御型重合酵素は、3-hydroxyhexanoate (3HHx)モノマーに弱い活性を有する。3HHxは材料に柔軟性を付与する性質がある事が知られ、PHAの重要な構成成分の一つである。そこで、進化工学的手法を用いて3HHxモノマーに対する活性が向上した変異体を創出した。こうして得られた新たな重合酵素を用いることで、3HHxモノマーから構成される新規ブロック共重合体を合成することができた。本成果はBiomacromolecules誌で発表した。本特殊構造の合成機構を解明するため、独自に開発したNMR法およびreal-time NMR法を用いたin vitro解析を行った。その結果、２つのセグメントが合成される順序を明らかにした。本成果はBiophysical Chemistry誌で発表した。

本研究课题涉及聚羟基链烷酸（PHA）的结构控制，它是一种由微生物产生的聚酯，可用作生物降解塑料。 PHA的结构控制是一个与材料性能直接相关的重要技术问题。申请人能够使用申请人最初发现的PHA合酶获得含有乙醇酸(一种非天然单体)的嵌段共聚物。所得共聚物具有在同一分子内具有无规共聚物和均聚物链段的特殊排列结构。无规共聚物部分中的乙醇酸分数估计为大约70mol％。这一结果使得合成具有前所未见的独特结构的PHA成为可能，并为合成高乙醇酸含量的结构提供了新的方法。这些结果发表在《生物工程和生物技术前沿》杂志上。此外，我们致力于扩展嵌段共聚物的化学结构。所用的序列控制聚合酶对 3-羟基己酸 (3HHx) 单体的活性较弱。众所周知，3HHx具有赋予材料柔韧性的特性，是PHA的重要组成部分之一。因此，我们使用进化工程技术来创建针对 3HHx 单体具有改进活性的突变体。通过使用由此获得的新聚合酶，我们能够合成由3HHx单体组成的新嵌段共聚物。该结果发表在《生物大分子》杂志上。为了阐明这种特殊结构的合成机理，我们采用自主开发的NMR和实时NMR方法进行了体外分析。结果，明确了这两个片段的合成顺序。该结果发表在《生物物理化学》杂志上。

项目成果

期刊论文数量（14）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

HES-SO(スイス)

HES-SO（瑞士）

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

HES-SO(スイス)

HES-SO（瑞士）

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Directed Evolution of Sequence-Regulating Polyhydroxyalkanoate Synthase to Synthesize a Medium-Chain-Length?Short-Chain-Length (MCL?SCL) Block Copolymer

序列调节聚羟基脂肪酸酯合成酶的定向进化合成中链长短链长（MCL？SCL）嵌段共聚物

DOI：
10.1021/acs.biomac.1c01480
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
6.2
作者：
Phan Hien Thi;Hosoe Yumi;Guex Maureen;Tomoi Masayoshi;Tomita Hiroya;Zinn Manfred;Matsumoto Ken’ichiro
通讯作者：
Matsumoto Ken’ichiro

Biosynthesis of poly(glycolate-co-3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyhexanoate) in Escherichia coli expressing sequence-regulating polyhydroxyalkanoate synthase and medium-chain-length 3-hydroxyalkanoic acid coenzyme A ligase

表达序列调节聚羟基脂肪酸合酶和中链长度 3-羟基脂肪酸辅酶 A 连接酶的大肠杆菌中聚（乙醇酸-co-3-羟基丁酸-co-3-羟基己酸）的生物合成