リガンド依存的な濃度変化を利用したタンパク質の機能制御

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有価物質を効率よく生産する改良型微生物を探索するために，転写因子およびその制御遺伝子から構成される遺伝子スイッチを用いて，有価物質そのものや前駆体となる化合物の細胞内濃度を定量する試みが行われてきた。しかしながら，必ずしも標的分子を認識して機能する転写因子が天然に存在するとは限らず，また性能不充分であることもあるため，転写因子をそのままバイオセンサとして適用するには限界があった。そこで申請者は，タンパク質は何かしらの化合物と結合すると構造安定性が向上するという普遍的事実に着目して，結合安定化に伴う転写因子の実効濃度変化を利用したセンサ開発を進めてきた。採用第2年度では，初年度の研究で単離された亢進型転写因子LuxR変異体をベースに，さらに改変を加えてから酵素を融合することによって，標的代謝物を検出するセンサを開発できることを示した。採用第3年度では，さらにさまざまな酵素を融合し，その適用範囲を調査した。その結果，単に融合しただけで代謝物センサとして振舞うものもあったが，センサ挙動が認められないケースもあった。後者のような場合でも，進化工学を施すことによって，わずか数アミノ酸置換でセンサ性能は飛躍的に向上し，さらに変異を導入することによってセンサ特性を変えられることが分かった。最後に，改良したセンサを用いて，力価の異なる生合成酵素の活性を調べたところ，センサの出力強度と他の手法でのスコアに相関が見られた。このように，作製したセンサを使用することによって，従来の生合成工学を簡便化かつハイスループット化できることも示された。