シアノバクテリアを用いた生物学的環境修復のための細胞内電子供給経路の機能解明

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シアノバクテリアは光エネルギーを利用した持続可能なエネルギー生産や物質変換を担う生物資源として注目され，バイオ燃料生産やバイオレメディエーション（生物学的環境修復）への応用を目指した代謝工学的研究が進められている。このような研究においては，シアノバクテリアの光合成（光化学）系で生じる電子をいかに効率的に異種生物由来の代謝系に供給できるかが重要である。本研究ではシアノバクテリア特有の新奇ジフラビン結合ジスルフィド酸化還元酵素（DDOR）の電子伝達機構と生理的役割を解明し，異種生物由来の代謝系への細胞内電子供給体としての有用性を検証することにより，シアノバクテリア応用の可能性の拡大をねらう。令和4（2022）年度の研究成果の概要は以下の通りである。1.　野生型DDOR分子中の2つのFAD(FAD1,FAD2)の分子内電子伝達における役割を解明するために必要な，FAD1のみを結合するDDORの作製を試みるための高純度アポ型DDOR（野生型）を精製するとともに，野生型DDORの立体構造情報をもとにFAD2結合部位の一部に変異を導入した変異体DDOR遺伝子を作製し，大腸菌での大量発現系を構築した。また，DDORの立体構造と電子伝達機能の関係を明らかにする目的で,電子伝達機能制御への関与が示唆されているDDORに特徴的なC末端ペプチド7残基を欠失した変異体遺伝子，およびFAD1の電子伝達中心近傍に位置し，1電子還元型DDORの安定化と電子伝達機能への関与が示唆されている156位アスパラギン酸残基を，アラニン，アスパラギン残基にそれぞれ置換した変異体遺伝子を作製して，大腸菌での大量発現系を構築した。2.　アポ型DDORとホロ型DDORのX線結晶構造解析を行い，立体構造を比較した。その結果，FAD結合部位に大きな構造変化が見られ，FAD1の結合によりFAD2結合部位が形成される可能性が示唆された。