新規糖質ホスホリラーゼの発見とそれらを利用したオリゴ糖製造技術

要約

糖質ホスホリラーゼはオリゴ糖の合成に利用できる有用酵素であるが、これまで報告されている種類は多くない。今回、新たに4種の酵素を同定した。これらの新規ホスホリラーゼを利用して、種々のα-グルコシド及びβ-マンノシドを効率的に合成できる。

  • キーワード:オリゴ糖、ホスホリラーゼ、実用的製造技術、N-結合型糖鎖、セロビオン酸
  • 担当:加工流通プロセス・食品生物機能利用
  • 代表連絡先:電話 029-838-7991
  • 研究所名:食品総合研究所・食品バイオテクノロジー研究領域
  • 分類:研究成果情報

背景・ねらい

通常良く行われている糖質加水分解酵素を利用したオリゴ糖製造では原料と同じ結合を持つオリゴ糖しか製造することができない。一方糖質ホスホリラーゼを用いたオリゴ糖製造法では原料と異なる結合のオリゴ糖を製造することが可能である。しかしながら、ホスホリラーゼの種類が少ないこと及びホスホリラーゼを利用する反応系の開発が進んでいないことから製造可能なオリゴ糖のバリエーションが少なかった。これらの難点を解消するために、新規なホスホリラーゼの探索とそれら酵素を利用するオリゴ糖合成複合酵素系の構築を行った。

成果の内容・特徴

  • 腸内細菌Bacteroides thetaiotaomicronから発見したManβ1,4GlcNAcホスホリラーゼ(表1)はN 結合型糖タンパク糖鎖のコア構造に含まれる二糖のManβ1,4GlcNAcを特異的に加リン酸分解する酵素である。β-マンノシドは化学合成の難しい糖として知られており、本酵素の逆反応の利用により生化学的に重要な二糖であるManβ1,4GlcNAcを効率的に製造することが可能である。
  • 植物病原性細菌Xanthomonas campestrisおよび糸状菌Neurospora crassaゲノム中に確認された新規酵素セロビオン酸ホスホリラーゼ(表1)はセロビオン酸及びGlcβ1,3GlcUAを加リン酸分解する。セロビオン酸はいくつかの糸状菌によるセルロース分解の過程においてセロビオースデヒドロゲナーゼにより生成することが知られていたが、セロビオン酸自体の代謝過程は不明であった。本酵素の利用により、糸状菌によるセルロース分解に関する理解が進むとともに、セロビオン酸の合成が容易となる。
  • 塩湖土壌に生息する細菌Bacillus selenitireducensには2-O-α-グルコシルグリセロールホスホリラーゼ、また、非病原性リステリア属細菌Listeria inocuaには1,2-β-マンノビオースホスホリラーゼといった新規ホスホリラーゼをコードする新規遺伝子が見いだされる。(表1)
  • α-グルコース1-リン酸をα-マンノース1-リン酸またはβ-グルコース1-リン酸に変換する酵素系を開発した。α-マンノース1-リン酸およびβ-グルコース1-リン酸生成型ホスホリラーゼを組み合わせて用いることにより、蔗糖・澱粉・セロビオース等の安価な糖資源を出発原料としてα-グルコシド及びβ-マンノシドを調製することができる。(図1)

成果の活用面・留意点

  • 本研究で見いだされたホスホリラーゼをスクロースホスホリラーゼとの組み合わせ反応を行うことにより、Manβ1,4GlcNAc、セロビオン酸などの有用なオリゴ糖を実用的に製造することが可能である。

具体的データ

図1,表1

その他

  • 中課題名:新需要創出のための生物機能の解明とその利用技術の開発
  • 中課題整理番号:330d0
  • 予算区分:交付金、委託プロ(農食事業)
  • 研究期間:2011～2013 年度
  • 研究担当者:北岡本光、西本完
  • 発表論文等:
    1) Nihira T. et al. (2014) PLoS ONE 9(1):e86548
    2) Nihira T. et al. (2013) FEBS Lett. 587(21):3556-3561
    3) Nihira T. et al. (2013) J. Biol. Chem. 288(38):27366-27374