メタエンザイム法の開発

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酵素は、高い反応性と特異性をもつ生体触媒としてバイオセンサー、医薬品生産、日常生活などに有効利用されている。これまで、より優れた性質をもつ酵素が自然界の多種多様な微生物細胞において探索され、産業や医療に有効利用が図られてきた。そのなかで、産業利用に優れた酵素は、伝統的な手法として自然界から単離、培養した微生物を純粋培養した細胞を用いて生産されてきたが、環境に存在する多種多様な微生物のうち純粋培養可能なものは1%以下と言われ、大部分が難培養である。そのために酵素遺伝子資源の探索において単離、培養できる微生物のみに頼ることには限界がある。そこで難培養微生物を酵素遺伝資源として有効利用し、新たな酵素を得る新たな手法として、全く新規なメタエンザイム法を開発し、新規酵素探索の道が開拓すること本研究の目的とした。すなわち、環境土壌中の微生物から直接酵素を精製し、決定したその部分アミノ酸配列をもとに目的酵素をコードする遺伝子を土壌から取得する。その遺伝子を大腸菌で発現後、発現産物を精製し、生化学的特徴を解析する。これにより新規酵素を取得することを目的とした。まず、自然環境から得た土壌を試料として酵素探索を行った。まず、土壌試料から細胞集積の後抽出した粗酵素液を用いてアミノ酸脱水素酵素の活性を調べた。環境酵素源として、あらかじめ高温、高pH/低pH、高塩濃度などの選択圧の掛っているコアや高温温泉などの極限環境下における特定の微生物集団を対象とした、その1つとして高温の温泉泥を採取し、0.5%ペプトンを主成分とする培養液(pH 6.8)を用い、70℃で泥ごと振とう培養後(約4日間)、得られた菌体を細胞破砕し、各種クロマトグラフィーにて、ロイシン脱水素酵素(LeuDH)を高度に精製し、N-末端アミノ酸配列の決定に成功した。この酵素は、既知の最も耐熱性がLeuDHよりも高い耐熱性を示したので、この新規酵素遺伝子の大腸菌の発現系の構築を今後、進めメタエンザイム法の開発を達成する予定である。