代謝・酵素複合改変による高光学純度乳酸ポリマーの配列制御

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本年度は、「配列が制御された乳酸ポリマー」を合成するため、優れたポリマー生産能力を有する乳酸重合酵素の取得、および乳酸ポリマー合成のための培養条件の検討を行った。当研究室では、乳酸ユニットを重合することが可能な乳酸重合酵素を世界で初めて発見し、この酵素を用いて乳酸ポリマーの完全生合成系を構築している。最初に発見された乳酸重合酵素は、Pseudomonas sp. 61-3株由来のポリヒドロキシアルカン酸(PHA)重合酵素(PhaCl_<ps>)の高活性変異体(ST/QK)であった。本酵素は、乳酸と3HBの共重合体であるP (LA-co-3HB)を合成することが出来る。しかしながら、LAモノマーと3HBモノマーはポリマー鎖中にランダムに重合されてしまい、モノマーの配列制御は非常に困難であった。このようなランダムな重合が乳酸重合酵素(PhaCl_<ps> ST/QK)自身の性質であると考え、従来の乳酸重合酵素とは異なる性質を持つ新たな乳酸重合酵素の創出を検討した。これまで天然で乳酸ポリマー合成菌は見つかっておらず、乳酸重合酵素が天然から得られる可能性は低いと推定されたため、高いポリマー生産能力を有する既知のPHA重合酵素に初代乳酸重合酵素(PhaCl_<ps> ST/QK)で得られた知見を用いて変異を導入し、ポリマー蓄積条件で培養を行った。その結果、いくつかの変異体で乳酸の重合が確認でき、新たな乳酸重合酵素の創出に成功した。また、今回創出した乳酸重合酵素により合成された乳酸ポリマーは、従来のPhaCl_<ps> ST/QKによるものとは異なる重合様式となっていた。さらに、本酵素を用いてp (LA-co-3HB)を効率よく合成するために、大腸菌の培養の検討を行った。その結果、乳酸モノマーと3HBモノマーの供給の割合を調整することによって、ポリマー中の乳酸モノマー量および乳酸ポリマー合成量を向上させることに成功した。