植物枯死体の細胞壁分解に関わるバチルス属細菌酵素の構造生物学

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細菌における植物細胞壁分解機構に関する研究は、植物細胞壁多糖に対する細菌の分子応答機構を明らかにし、未利用バイオマスの有効利用や植物の細菌感染症予防に繋がる。【植物細胞壁分解に関わる枯草菌のエコシステム】枯草菌の一種である納豆菌は、日本の伝統食である納豆の製造に利用されている。原料の大豆種皮にはラムノガラクツロナン(RG)領域が多く含まれている。RT-PCRによる遺伝子発現解析の結果、納豆菌と同種の枯草菌が大豆と相互作用する際に、RG分解に関わるリアーゼYesWとYesXの両遺伝子を誘導発現することを見出した。これら2つのRGリアーゼは、枯草菌の大豆腐生に関わるトリガーファクターとして機能していることが示唆される。【RGリアーゼの構造生物学】枯草菌由来RGリアーゼYesWとYesXは、植物細胞壁構成多糖ラムノガラクツロナン(RG)-Iを分解し、それぞれ異なる作用様式(YesW,エンド型;YesX,エキソ型)を示す。これらのRGリアーゼは菌体外に分泌され、協奏的作用によりRG-Iを不飽和2糖にまで分解する。作用様式に関わる構造要因を明らかにするため、両リアーゼのX線結晶構造を決定し、比較構造解析を行った。その結果、YesXにおいてのみ活性クレフトの一端を覆うループ構造が見出された。YesXの本ループ構造を欠失した変異体は、不飽和2糖のみを遊離させるYesXのエキソ型活性を喪失し、ランダム鎖長のオリゴ糖を遊離させるYesW様のエンド型活性を示した。エキソ型酵素からエンド型酵素への分子変換は、酵素機能変換技術としての「リモデリング工学」の確立へと繋がるものである。