遺伝子配列設計による蛋白質高発現化・高機能化 亀田 倫史 国立研究開発法人産業技術総合研究所 人工知能研究センター 主任研究員 【連絡先】 E-mail: kameda-tomoshi@aist.go.jp 前演者の産総研・油谷より、スマートセル設計システムの概要についての説明があったが、本講演では、課題３「宿主微生物の生産性の制御」と、課題４「生産ボトルネックの解消」を解決する手法として開発してきた遺伝子配列設計法について紹介する。 微生物を用いた物質生産において、対象の微生物に異種由来の遺伝子を導入することで、その微生物が本来持たないタンパク質を人工的に生産させることがあるが（異種発現）、その際、目的タンパク質の生産量を向上するために、導入遺伝子のDNA配列を適切に設計する、いわゆるコドン最適化が重要となる。従来のコドン最適化の研究は大腸菌などの実験が行いやすい研究用の微生物を対象としており、バイオ産業の物質生産の現場で用いられる微生物については確立されたコドン最適化手法が存在しなかった。演者らは、産総研が所有する、ロドコッカス属放線菌を用いた大規模なタンパク質生産実験データから情報解析によるルール抽出を行うことで、新しいコドン最適化手法を開発し、その有効性を実証した1)。本手法は、放線菌以外の様々な宿主における物質生産にも応用でき、またその効果を確認済みである。また、設計された遺伝子配列は元の配列に対して先頭部分のみにしか変異を含まないため、安価な実験コストで合成することが可能である（図１）。この設計法について解説し、その適用例（図2）を紹介する。 次に、分子動力学（MD）シミュレーションを用いた配列設計法による蛋白質高機能化についても紹介する。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。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３）。 Wild：設計前配列を用いた発現 H1-H3：本設計による配列を用いた発現 図１（左）．情報技術による遺伝子配列設計でタンパク質生産量を向上 図２（右）．野生型配列でのタンパク質生産量が少ない遺伝子の配列設計による改善例 11
元のページ ../index.html#12