メタゲノム法を用いた生物活性物質、遺伝子、酵素の探索

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海洋生物に共生する微生物は様々な二次代謝産物を産生すると考えられているが、これらの多くは人工的に培養することが困難である。そこで、新たな物質探索の手段として、有用物質を生産している海綿など、難培養性の海洋生物共生微生物の遺伝子を直接的に抽出したメタゲノムライブラリーを構築し、これを大腸菌等をホストとして、二次代謝産物の生合成遺伝子を発現させ、様々な生理活性物質の生産を指標にしたスクリーニングで有望株を選別することで、有用物質生産につなげる研究を進めている。この生産系を利用して、培地に人工基質を添加してやればPrecursor-Directed Biosynthesisへの展開が可能であり、また、化合物の構造次第では、新規酵素の発見にも繋がり、遺伝子工学やタンパク工学、酵素工学へ展開が期待できる。今回我々は、カリクリンを生産する海綿Discodermia calyxのメタゲノムより調製したフォスミド・ライブラリーを用いて、これを大腸菌において異種発現させ、抗菌活性を指標としたスクリーニングで有望株の選抜を行い、複数のクローンの取得に成功した。選抜したクローンについて、大量培養により抗菌活性物質を精査した結果、新規ポルフィリン。インドール・ハイブリッド型化合物、新規糖脂質など、いくつかの新規抗菌活性物質の単離構造決定に成功した。ポルフィリン・インドール・ハイブリッド型化合物生産クローンに導入されたDNA配列を次世代シーケンサーにて決定し、それらのうちポルフィリン生合成に関わるhemABC遺伝子が、その生合成に必須であることを同定した。この情報を元に、インドールからポルフィリンのvinyl基へ求核攻撃が起きることによってポルフィリン・インドール・ハイブリッド化合物が生産される新規な合成経路を提唱した。