酢酸菌PQQ酵素の指向性進化と「ゆるい」基質特異性の理解

酢酸菌においてピロロキノリンキノン（PQQ)を補欠分子族とするPQQ酵素は、産業的な物質生産の中心的役割を担う重要な酵素群であり「ゆるい」基質特異性を示すことが特徴的である。このゆるい基質特異性に起因して新しく発見される酵素反応は、持続可能社会のための新たな微生物変換技術の創出にもつながることから注目されている。本研究では、このゆるい基質特異性の構造学的理解を深めるために、その障害となっていた酵素安定性の向上、さらには物質生産性の向上を目指して、進化指向的変異導入法を確立して優良変異体を獲得することを目的とし、得られた変異体酵素を用いて基礎研究および応用研究を深めることにある。１年目となる今年度は、酢酸菌PQQ依存性グリセロール脱水素酵素（GLDH）の変異体取得に注力した。申請者の考案した「酢酸菌直接形質転換選抜法」を実施して各工程の最適化を図り、得られた変異体の性能価を進めた。また、ゲノムシャッフリングによる多重変異導入法の条件も確立し、GLDHの「指向性変異法」の確立に向けて大きな進展を得た。変異酵素の性能評価を実施した結果、獲得した変異体は負の影響をもたらすものが多く、期待する機能が向上した変異体取得に向けて継続した変異導入が必要であると判断した。その中で、２株の酵素活性の安定化に繋がる変異体の取得に成功し、変異体酵素の性能を評価するとともに、発酵生産性への影響を調査しているところである。２年目以降は、これまでの継続した変異体取得に加えて、獲得した２株の優良変異体の性能評価、さらには多重変異の導入によりGLDHの指向性変異を進め、ゆるい基質得意性に関する知見を深めていく予定である。

酢酸菌においてピロロキノリンキノン（PQQ)を補欠分子族とするPQQ酵素は、産業的な物質生産の中心的役割を担う重要な酵素群であり「ゆるい」基質特異性を示すことが特徴的である。このゆるい基質特異性に起因して新しく発見される酵素反応は、持続可能社会のための新たな微生物変換技術の創出にもつながることから注目されている。本研究では、このゆるい基質特異性の構造学的理解を深めるために、その障害となっていた酵素安定性の向上、さらには物質生産性の向上を目指して、進化指向的変異導入法を確立して優良変異体を獲得することを目的とし、得られた変異体酵素を用いて基礎研究および応用研究を深めることにある。１年目となる今年度は、酢酸菌PQQ依存性グリセロール脱水素酵素（GLDH）の変異体取得に注力した。申請者の考案した「酢酸菌直接形質転換選抜法」を実施して各工程の最適化を図り、得られた変異体の性能価を進めた。また、ゲノムシャッフリングによる多重変異導入法の条件も確立し、GLDHの「指向性変異法」の確立に向けて大きな進展を得た。変異酵素の性能評価を実施した結果、獲得した変異体は負の影響をもたらすものが多く、期待する機能が向上した変異体取得に向けて継続した変異導入が必要であると判断した。その中で、２株の酵素活性の安定化に繋がる変異体の取得に成功し、変異体酵素の性能を評価するとともに、発酵生産性への影響を調査しているところである。２年目以降は、これまでの継続した変異体取得に加えて、獲得した２株の優良変異体の性能評価、さらには多重変異の導入によりGLDHの指向性変異を進め、ゆるい基質得意性に関する知見を深めていく予定である。