Biosynthesis of sequence-regulated polyesters and analysis of synthetic mechanism

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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。