代謝・酵素複合改変による高光学純度乳酸ポリマーの配列制御

通过代谢/酶复合物改性对高光学纯度乳酸聚合物进行序列控制

基本信息

批准号：
11J08937
负责人：
越智杏奈
金额：
$ 1.54万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2013
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は、「配列が制御された乳酸ポリマー」を合成するため、優れたポリマー生産能力を有する乳酸重合酵素の取得、および乳酸ポリマー合成のための培養条件の検討を行った。当研究室では、乳酸ユニットを重合することが可能な乳酸重合酵素を世界で初めて発見し、この酵素を用いて乳酸ポリマーの完全生合成系を構築している。最初に発見された乳酸重合酵素は、Pseudomonas sp. 61-3株由来のポリヒドロキシアルカン酸(PHA)重合酵素(PhaCl_<ps>)の高活性変異体(ST/QK)であった。本酵素は、乳酸と3HBの共重合体であるP (LA-co-3HB)を合成することが出来る。しかしながら、LAモノマーと3HBモノマーはポリマー鎖中にランダムに重合されてしまい、モノマーの配列制御は非常に困難であった。このようなランダムな重合が乳酸重合酵素(PhaCl_<ps> ST/QK)自身の性質であると考え、従来の乳酸重合酵素とは異なる性質を持つ新たな乳酸重合酵素の創出を検討した。これまで天然で乳酸ポリマー合成菌は見つかっておらず、乳酸重合酵素が天然から得られる可能性は低いと推定されたため、高いポリマー生産能力を有する既知のPHA重合酵素に初代乳酸重合酵素(PhaCl_<ps> ST/QK)で得られた知見を用いて変異を導入し、ポリマー蓄積条件で培養を行った。その結果、いくつかの変異体で乳酸の重合が確認でき、新たな乳酸重合酵素の創出に成功した。また、今回創出した乳酸重合酵素により合成された乳酸ポリマーは、従来のPhaCl_<ps> ST/QKによるものとは異なる重合様式となっていた。さらに、本酵素を用いてp (LA-co-3HB)を効率よく合成するために、大腸菌の培養の検討を行った。その結果、乳酸モノマーと3HBモノマーの供給の割合を調整することによって、ポリマー中の乳酸モノマー量および乳酸ポリマー合成量を向上させることに成功した。

今年，为了合成“受控序列的乳酸聚合物”，我们获得了具有优异聚合物生产能力的乳酸聚合酶，并研究了乳酸聚合物合成的培养条件。我们实验室在国际上首次发现了一种能够聚合乳酸单元的乳酸聚合酶，并正在利用该酶构建完整的乳酸聚合物生物合成体系。第一个发现的乳酸聚合酶是源自假单胞菌 61-3 菌株的聚羟基链烷酸 (PHA) 聚合酶 (PhaCl_<ps>) 的高活性突变体 (ST/QK)。这种酶可以合成乳酸和3HB的共聚物P(LA-co-3HB)。然而，LA单体和3HB单体随机聚合到聚合物链中，使得控制单体排列极其困难。考虑到这种随机聚合是乳酸聚合酶（PhaCl_<ps> ST/QK）本身的特性，我们研究了一种具有不同于传统乳酸聚合酶特性的新型乳酸聚合酶的创建。迄今为止，自然界中尚未发现乳酸聚合物合成细菌，估计不可能从自然界中获得乳酸聚合酶，因此，初级乳酸聚合酶(PhaCl_<ps>ST/QK)，我们利用在聚合物积累条件下获得和培养的知识引入了突变。结果，在几个突变体中证实了乳酸聚合，并成功创建了新的乳酸聚合酶。此外，由新创建的乳酸聚合酶合成的乳酸聚合物具有与传统PhaCl_<ps>ST/QK产生的聚合模式不同的聚合模式。此外，为了使用该酶有效合成p(LA-co-3HB)，我们研究了培养大肠杆菌。结果，通过调整乳酸单体和3HB单体的供给比例，我们成功地增加了聚合物中乳酸单体的量以及合成的乳酸聚合物的量。