新規極限環境適応因子ポリ-γ-グルタミン酸:産生機構の解明と生物工学的応用

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極限環境微生物やポリ-γ-グルタミン酸(PGA)、生産菌の分子生理学的研究の進展に伴い、PGA及びその類縁バイオポリマーが環境適応因子としての側面を備えていることが分かってきた。はじめに、この特性を酵素工学分野にも応用するため、次のような研究を行った。すなわち、有用でありながら様々な環境要素に感受性が高く不安定な酵素・DNAリガーゼに対し、好塩古細菌Natrialba aegyptiacaが生産するPGA類似ポリマー"ハロフィリシン"を共存させたところ、温度、pHや塩濃度など、種々の環境要素に対し、耐性向上の可能性が示唆された。本研究において、PGAの新たな用途として、酵素をターゲットとする生物工学的な利用法がはじめて提案された。ハロフィリシン生合成に関する研究を進める中で、納豆菌と同じくN.aegyptiacaの細胞膜にも微弱ながらPGA合成活性が存在することを見いだした。さらに、数万塩基対の大きさのプラスミドDNAが存在し、これには少なくとも納豆菌のPGA合成に関わるpgsB遺伝子のホモログが存在することをPCR法で突き止めた。ここで新たに発見されたプラスミドは好塩古細菌の分子育種に有用なベクターの開発にも繋がる。さて、ハロフィリシンの主鎖はL-グルタミン酸めみからなるL-PGAである。同じく、好アルカリ海洋細菌のBacillus haloduransはL-PGAを生産する。plg1、plg2及びplg3と名付けた遺伝子群がその生合成に重要であった。大腸菌を宿主とする発現系を利用して各Plg遺伝子産物を生産し、ほぼ均一に精製した。反応特性解析の結果、Plg2タンパク質にはL-グルタミン酸に対するリガーゼ活性が、Plg3タンパク質にはL-グルタミン酸のγ-オリゴペプチドに対するリガーゼ活性が見いだされた。これにより、PGAの新たな合成メカニズムを提唱するに至った。