In vitro代謝工学を用いた有用化学品の生産

微生物を利用した化学品生産技術であるバイオプロセスは、持続型産業社会を構築するためのキーテクノロジーとして注目を集めています。バイオプロセスの開発においては、微生物の持つ能力を最大限引き出すために、必要（不必要）な遺伝子の発現を強化（抑制）することで、その代謝経路を改変・制御する代謝工学という手法が汎用されます。しかし、生きた微生物の中には無数の遺伝子やタンパク質からなる複雑な相互ネットワークが存在するため、直接的に代謝に関わる遺伝子を制御するだけでは期待どおりの効果が得られないことも多くあります。
一方、私たちのグループでは「In vitro代謝工学」という新たな技術体系を開発し、これを用いた化学品生産に取り組んでいます。耐熱性酵素を大腸菌などの中温性微生物で発現させ、これらを加熱処理することで必要な酵素だけが活性を保った触媒モジュールを作成することができます。様々なモジュールを任意に組み合わせることで、天然には存在しないような代謝経路を自由にデザインすることができます。微生物そのものは加熱処理により死滅しているため、複雑な反応制御を行わずに望みの化学品を生産させることができます。例えるなら、通常の代謝工学が既存の地図上で道を消去したり、新たな道を書き足したりする手法であるのに対し、白紙のキャンバスの上にフリーハンドで地図を描くのがIn vitro代謝工学であると言えます。

疎水性細菌を用いた非水バイオプロセスの開発

水/有機溶媒混合液に分散させたロドコッカス オパカスの蛍光顕微鏡写真。
有機溶媒（黒色背景）中に分散した水滴（赤色）の表面に緑色に染色された菌体が見て取れる。
このようにロドコッカス オパカスは水と有機溶媒の界面に局在するユニークな性質を有している
　(Honda K et al, Appl Microbiol Biotechnol 2008

上でも述べたとおり、バイオプロセスの開発においては微生物の持つ能力をいかにして最大限引き出すかが重要なポイントとなります。そのため微生物の通常の生育環境とは程遠い有機溶媒中でこれらを触媒として用いることは極めて困難となります。私たちが研究材料としている細菌ロドコッカス オパカス B-4株は、水・有機溶媒混合液中で有機溶媒相に吸着したり、湿潤状態で有機溶媒に分散したりといった疎水的特徴を示します。この特徴により、本菌は有機溶媒中に溶解させた化学物質への高い接触能力を示し、通常の微生物よりも効率的にこれらの変換反応を進めることができます。私たちは、ロドコッカス オパカス B-4をはじめとする疎水性細菌を触媒として用いることにより、水に溶けない化学品を対象としたバイオプロセスの実現に取り組んでいます。

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