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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H04368/
• 关键词: 微生物産生プラスチック; バイオベースプラスチック; 酵素重合; 生分解性プラスチック; 生分解性材料; バイオベースポリマー; 自己組織化

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。

This study aims to explore the relationship between microbial production and biodegradability and the structural control of phytoacetic acid (PHA). PHA structure control, material properties of the direct connection between important technical issues. The applicant has found that PHA synthase is not natural. The results show that there is a complex in the same molecule, and there is a special coordination structure. The acid fraction of the hybrid fraction was estimated to be about 70%. The results of this paper provide a new method for the synthesis of PHA with high acid content in all cases. The results were announced in the journal Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. The chemical structure of the complex is divided into two groups. The use of the sequence control enzyme, 3-hydroxyhexanoate (3HHx), is a weak activity. 3. HHx is an important component of PHA. The method of evolutionary engineering is used to create new materials. 3HHx is a new type of hybrid. This achievement is based on the goal of Biomacromolecules. The synthesis mechanism of this special structure can be solved by NMR and real-time NMR. The result of this is that the order of synthesis is clear. This work was published in Biophysical Chemistry.

项目成果

Real-time NMR analysis of polyhydroxyalkanoate synthase reaction that synthesizes block copolymer comprising glycolate and 3-hydroxybutyrate

合成包含乙醇酸酯和3-羟基丁酸酯的嵌段共聚物的聚羟基链烷酸酯合酶反应的实时NMR分析

• DOI: 10.1016/j.bpc.2023.107001
• 发表时间: 2023
• 期刊: Biophysical Chemistry
• 影响因子: 3.8
• 作者: Yanagawa Kengo;Kajikawa Ayaka;Sakakibara Sayaka;Kumeta Hiroyuki;Tomita Hiroya;Matsumoto Ken'ichiro
• 通讯作者: Matsumoto Ken'ichiro

配列制御型ポリヒドロキシアルカン酸合成酵素を用いたランダムホモブロック共重合体グリコール酸ポリマーの生合成

使用序列控制的聚羟基链烷酸合酶生物合成无规均嵌段共聚物乙醇酸聚合物

• 发表时间: 2021
• 作者: 柳川謙吾;荒井修造;榊原早也果;MARESCHAL Robin;大井俊彦;ZINN Manfred;松本謙一郎
• 通讯作者: 松本謙一郎

HES-SO(スイス)

HES-SO（瑞士）

ポリヒドロキシアルカン酸の製造方法

聚羟基链烷酸的制造方法

• 发表时间: 2022

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: Biomacromolecules
• 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