大規模データ解析で「非天然反応」を担う酵素を発見~データベース探索が切り拓く次世代バイオ触媒~

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2026-01-30 神戸大学

神戸大学先端バイオ工学研究センターと大阪大学の研究グループは、主成分分析(PCA)を基盤とする大規模データ解析により、生物が本来行わない「非天然反応」を高い立体選択性で触媒する新規酵素の発見に成功した。微生物ゲノムデータベースに蓄積された膨大なタンパク質配列を体系的に解析し、従来は自然機能予測に用いられてきた手法を非天然反応探索へと展開した点が特徴である。その結果、金属触媒が必要とされてきたシクロプロパン化反応を触媒し、4種類の立体異性体を選択的に作り分ける酵素群を同定した。自然界の配列多様性を活用する本手法は、人工改変に依存しない次世代バイオ触媒探索基盤として、持続可能な化学合成や創薬、機能性材料開発への貢献が期待される。

大規模データ解析で「非天然反応」を担う酵素を発見~データベース探索が切り拓く次世代バイオ触媒~

<関連情報>

PCAベースのデータベースマイニングにより、立体分岐シクロプロパン化のための細菌カルベントランスフェラーゼの発見が可能に PCA-Based Database Mining Enables the Discovery of Bacterial Carbene Transferases for Stereodivergent Cyclopropanation

Shunsuke Kato, Koki Takeuchi, Kohei Umeda, Hisashi Kudo, Tomohisa Hasunuma, Takashi Hayashi
Angewandte Chemie International Edition  Published: 28 January 2026
DOI:https://doi.org/10.1002/anie.202526025

ABSTRACT

Protein engineering is a practical approach to providing enzymes with an “abiotic” catalytic activity. However, it remains difficult to explore the full diversity of natural sequence space through the engineering of a single specific protein. As an alternative to these protein engineering approaches, we here demonstrate a database mining approach using a principal component analysis (PCA)-based clustering method to facilitate the identification of promising enzyme candidates. As a proof of concept, we applied this method to the cyclopropanation of styrene, and the sequence space of bacterial globins in the database was extensively investigated. By screening 275 globins from 171 different organisms, we successfully discovered enzymes capable of catalyzing stereodivergent carbene transfer reactions. Furthermore, statistical analyses of sequence data allowed us to detect characteristic structural properties of these globins, which determine the unique stereoselectivity of cyclopropanation. While these bioinformatics tools have primarily been applied to predict enzymes’ natural biological functions, this study demonstrates their applicability to exploring enzyme candidates for abiotic reactions unrelated to their native biological activity. Given the increasing interest in biocatalytic applications beyond natural reactivity, this PCA-based mining approach provides a promising direction for expanding the functional diversity of biocatalysts.

生物化学工学
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