酵素設計技術を活用した化成品製造法の開発

実施機関

天野エンザイム(株)、(国研)産業技術総合研究所、京都大学

研究開発のゴール

　化学物質の製造において、環境に対する負荷が小さくなるように設計、製造することはグリーンケミストリーと呼ばれて注目を集めている。近年、環境意識の高まり、SDGsへの関心、また各国政府の規制強化により、化成品製造への酵素利用が急速に進んでいる。グリーンケミストリー実現のために、産業的に有用な工業用酵素を開発して環境負荷の少ないプロセス開発を目指している。

目的

　酵素は金属触媒などと比べて環境負荷が少ない天然型触媒であり、バイオプロセスによる物質生産への転換には必須な技術要素である。しかし、必ずしも工業プロセスに最適ではなく、反応プロセスによっては目的物質が十分に得られない場合がある。そのため、酵素改良によるプロセス改善は、グリーンケミストリー実現に重要である。
　近年、理論的な酵素設計技術が急速に発展しており、特に分子動力学（MD）計算による酵素―基質反応のシミュレーションと、それを利用した酵素設計技術は大きな注目を集めている。本事業では、スマートセルプロジェクトで開発された基盤技術である「MD計算とドッキングシミュレーションによる酵素設計技術」を活用して、２種類の微生物由来酵素を対象にそれぞれの改良酵素を開発した。

結果・成果

対象①：　微生物由来リパーゼ
　メントールは、冷涼感のある香料原料として最も需要の多い素材のひとつである。現状、微生物由来リパーゼを触媒とするメントール製造法では、最終製品中L-メントールの光学異性純度が植物由来の天然メントールより低く、高純度メントールの製造には使用できない。そこで、「MD計算とドッキングシミュレーションによる酵素設計技術」を活用して、L-メントールに対する選択性が向上した新規酵素を開発した。MD計算により酵素―基質のドッキングに関わるアミノ酸を予測して、変異体を設計した。実際に変異体酵素を評価した結果、既存酵素よりも優れた光学異性体選択性を持つ新規酵素を迅速かつ効率的に開発した。

対象②：　微生物由来P450酸化酵素
　ω3系高度不飽和脂肪酸（ω3系脂肪酸）は魚油に多く含まれる機能性脂肪酸であり、抗炎症作用、動脈硬化の予防、認知症予防などの健康増進作用が知られている。近年、ω3系脂肪酸の生体内代謝に関する研究が進み、位置特異的に酸化された誘導体が生理機能に重要であると報告されている。そこで、微生物由来P450酸化酵素を利用して、ω3系脂肪酸を位置特異的に酸化する酵素を開発した。「MD計算とドッキングシミュレーションによる酵素設計技術」を活用して、MD計算による変異設計と変異体のラボ評価を行った。その結果、ω3系脂肪酸に対する酸化位置特異性が大幅に向上した新規酵素を開発した。

今後の展望

①微生物由来リパーゼ
　アプリケーションに適した固定化酵素の開発、製造、販売を進める。新開発酵素を利用して、環境負荷が少ない高品質メントールの製造法を提案していく。

②微生物由来P450酸化酵素
　化学プロセスでは難しい位置特異的な酸化反応を実現できる酵素を開発した。今後、産業実用化を目指して、さらなる酵素の改良、工業プロセスの開発を進める。ω3系脂肪酸誘導体の開発で健康長寿社会の実現に貢献する。