特集01

微生物の中の有用化合物の生産工場を覗く
Exploring Nature's Factory of Natural Products in Microorganisms

微生物は有用物質の宝庫 創薬の可能性と希望を広げてくれます 応用化学部門　応用生物化学研究室　助教　小笠原 泰志

［PROFILE］
○研究分野／天然物化学
○研究テーマ／微生物のつくる二次代謝産物の生合成解析
○研究室ホームページ
http://www.eng.hokudai.ac.jp/labo/tre/ABCLab_jp/

Yasushi Ogasawara ： Assistant Professor
Laboratory of Applied Biochemistry
Division of Applied Chemistry
○Research field : Natural Product Chemistry
○Research theme : Biosynthetic studies of bacterial secondary metabolites
○Laboratory HP :
http://www.eng.hokudai.ac.jp/labo/tre/ABCLab_jp/

病原菌だけに働きかける
新抗菌剤につながる基礎研究

　人類は古くから微生物による化学反応（発酵）を利用したものづくりを行ってきました。近年になると、アオカビからペニシリンが発見され感染症の治療に多大なる貢献をするなど、微生物の中には有用な天然有機化合物を作り出す能力があるものが数多くいることがわかってきました。微生物は自身の生育に有利になるような物質をつくるよう、それぞれ進化を続けてきたわけです。このため天然有機化合物の化学構造は多様性に富んでおり、今日まで多くの抗生物質が発見されています（図1）。
　しかし、新しい抗生物質の発見と耐性菌の出現とのイタチごっこが続いており、多剤耐性菌の出現も社会問題になっています。これまでの抗生物質が病原菌も有用細菌もすべて殺してしまうため、耐性菌が出現しやすい、という説が考えられています。我々はこの問題の解決の糸口を見つけるべく、病原菌と有用細菌の違いを見出し、病原菌だけに作用する抗生物質の探索を目指しています。

図1 図1 微生物の中では何段階にもわたる酵素反応によって複雑な分子骨格を形成していく。それぞれの反応を詳細に解析して創薬などに役立てる。 Figure1:Our research focus is understanding of enzyme mechanisms involved in the biosynthesis of natural products as well as development of new tools to generate and engineer novel natural products through combinatorial biosynthesis.

化学反応を起こす主役は酵素
微生物から学ぶものづくり

　微生物から発見された天然有機化合物の多くは、複雑な化学構造をしています。微生物の中で化学反応を行う役割を担っている酵素は、その反応を正確に制御しながら分子の組み立てを行っています。
　我々の研究室では、化学反応の主役である酵素がどのような反応を、どのような順番で行っているのかを精密に調べる研究をしています（図2）。社会に実在する現実の工場とは異なり、微生物中で天然有機化合物を作り上げていく“生産工場”は複雑な化学反応を水中、常温で進めることができ、しかも産廃物などを出さない環境にクリーンな生産システムです。その仕組みを解明することで、我々は微生物から多くのことを学ぶことができます。
　酵素の設計図はDNAに書き込まれています。この設計図は生物間で共通なので遺伝子組換え技術を用いてDNAを他の生物種に導入しても、同じ反応を行うことができます。この性質を利用して、複数の微生物で見つかった酵素を組み合わせてこれまでにない天然有機化合物をつくる研究も行っています。

図2 図2 研究風景。化合物を高速液体クロマトグラフィー装置で分離して分析しているところ。 Figure2:Analysis of compounds using High-Performance Liquid Chromatography(HPLC).

technical term
多剤耐性菌 多くの抗菌薬（抗生物質）に耐性を獲得した菌のこと。