分子動力学シミュレーションによる 酵素高機能化 池部 仁善 国立研究開発法人産業技術総合研究所 オーミクス情報研究チーム 研究員 【連絡先】E-mail: ikebe.jinzen@aist.go.jp スマートセルプロジェクトでは、細胞が持つ物質生産能力を最大限に引き出した「スマートセル」を構築し、従来の合成法では生産が難しい有用物質の創製、生産プロセスの低コスト化や省エネ化の実現を目標としている。演者らは細胞内で実際に物質生産を担う主体である酵素に着目し、その機能を向上させる酵素改変部位を予測する手法を開発した。酵素は物質生産の原料となる基質と適切に結合し、酵素-基質複合体を形成することで目的の反応生成物（主産物）を生成する。しかし酵素と基質の形状によっては反応効率が著しく減少したり、目的でない反応物（副産物）の生成により主産物の純度が低下したりする場合がある。そこで演者らは酵素の一部を改変し、その構造を主産物生成に適した形に改良することで、酵素の持つ物質生産能力を最大限に引き出すことを目指した。図１．酵素改変部位予測法の２つのステップ本講演で紹介する酵素改変部位予測法では、２つのステップによって酵素の高機能化を実現する（図１）。第１のステップでは、演者らが独自に開発した分子動力学（Molecular Dynamics, MD）シミュレーション手法（Adaptive Lambda Square Dynamics,ALSD)法を用いて、酵素と基質が取りうる様々な複合体構造を原子レベルで網羅的に探索する。第２のステップでは、ALSD法によって得られた原子レベルの複合体構造情報から酵素と基質の相互作用パターンを詳細に解析し、主産物生成量を増加、あるいは副産物生成量を減少させることができると考えられる酵素改変部位を提案する。本講演では第１のステップ、すなわち酵素高機能化を実現する上での大きなブレイクスルーとなった強力なシミュレーション手法であるALSD法に関する概要を紹介する。MDではコンピューター上に酵素と基質、それを取り囲む水分子やイオンなどの溶媒の環境を再現し、現実と同様の時系列変化を追跡していくことで酵素-基質複合体の構造を探索することになる。しかし従来のMD手法は複合体構造を探索するのに多大な計算時間と計算資源を必要とするため、実際の酵素改変研究へ適12
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