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放線菌二次代謝産物kinanthraquinoneの生合成研究

髙尾 理沙 埼玉大学 DOI:info:doi/10.24561/00019657

2021

概要

放線菌や真菌などの微生物は多種多様な骨格及び生物活性を有する天然化合物の宝庫であり、天然物及びその誘導体から多くの臨床医薬が見出されている[1]。また、微生物から単離された生理活性物質の約半数は放線菌により生産されている[2] 。近年、既知化合物の再単離などによる新規化合物取得の効率性が低下しているが、DNA シークエンス技術の向上により多くの微生物のゲノム配列解析が行われた結果、多様な二次代謝生合成遺伝子クラスターの存在が明らかになっている。また、生合成遺伝子クラスターの多くは、通常の実験室での培養条件下では発現しないか、あるいは発現が微弱な休眠生合成遺伝子クラスターである。従って、未利用の遺伝子資源を化合物資源として活用するための技術開発はポストゲノム時代の中心的な解決議題である。

放線菌Streptomyces属は生活環の中で形態分化を示すが、これは二次代謝産物の生産と密接に関係している。一般的に、二次代謝産物生産は基底菌糸から気中菌糸が形成される移行期に開始される [3]。また、放線菌は周囲の環境変化を敏感に察知し、自身の生合成系を柔軟に調節することで生合成遺伝子発現を誘導することが知られている。例としてオートレギュレーター [4-6]、goadsporin [7]、β-carboline [8, 9]、antibiotics remodeling 化合物[10]、希土類元素ScCl3 [11] などが挙げられ、様々な刺激に応じて二次代謝産物を生産することが報告されている。また、リボソームエンジニアリング [12]、ミコール酸含有細菌との共培養 [13]も新規代謝産物取得に利用されており、他には効率的に化合物の収率を上げる有効な手段としてSARP [14-17]やLuxR [9, 18, 19]のような経路特異的転写制御因子の構成的発現が行われている。さらに、最適化された放線菌を宿主として利用し、最適なプロモーターや制御因子を用いて生合成遺伝子クラスター全長の遺伝子を異種発現する方法も報告されている [20-27]。所属する研究室で保有するStreptomyces sp. SN-593においても [9]、これまでにゲノム解読されている他の放線菌 (Streptomyces coelicolor A3(2), Saccharopolyspora erythraea NRRL23338, Salinispora tropica CNB-440, Streptomyces avermitilis ATCC 31267, Streptomyces griseus IFO13350) [28]と同様に nonribosomal peptide synthetase (NRPS)、type I, II, III polyketide synthase (PKS)、テルペン生合成遺伝子クラスターが約30種類以上見出されている。しかしながら、本菌より単離された化合物はreveromycin A [29, 30] を始めとし、reveromycin T 1- methyl ester 、 reveromycin T 1-ethyl ester [31] 、 fraquinocin D, I, 及び J [17, 32] 6- dimethylallylindole-3- carbaldehyde [33]、alkyldihydropyrones A-D [34] (Fig. 1) などごく限られた数の化合物が単離され、遺伝子が同定されている。本研究では、これまでStreptomyces sp. SN-593より単離された化合物の中でも、生産性が低いため遺伝子破壊後の評価が困難であり、生合成遺伝子クラスター同定に至っていないkinanthraquinone [35] (KQ) (Fig. 2) の生合成遺伝子クラスターの同定を第一の目的とした。

第 2 章では、KQ 生産評価に適した放線菌ホスト (Streptomyces lividans TK23 [36]) を用いて候補遺伝子クラスターを異種発現することにより、KQ 生産に関わる未解明遺伝子クラスターの同定を行うとともに、制御因子の活用による生産性改善を目的とした。

第3章では、KQ 生合成に関与する未知遺伝子の破壊により、生合成中間体を取得し、生合成経路を考察するとともに、蓄積する生合成中間体の生物活性を評価することを目的とした。

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参考文献

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