濱野 吉十43Yoshimitsu HAMANO浅沼 浩之44Hiroyuki ASANUMA未利用抗生物質の実用化を志向した論理的生合成工学プラットフォームの構築（2018採択）Rational biosynthetic engineering of unutilized antibiotics for their clinical use(Project 2018)細胞内微量miRNAの検出を目指した人工核酸によるシグナル増幅回路の開発（2016採択）Development of signal amplification circuit with artificial nucleic acid for the detection of minute amount of miRNA in cell(Project 2016)43Streptothricin（ST）は，多剤耐性菌を含む原核生物に対して強力な抗菌活性を示す期待度の高い抗生物質であるが，真核生物にも毒性を示すため実用化されていない．未利用のSTに生合成工学を適用し，医薬品として開発するためには，ST生合成の全容解明が必須であり，これまでの研究で我々は，STの生理活性に重要なストレプトリジンラクタム構造およびβ-リジンオリゴペプチド側鎖構造の生合成メカニズムを明らかにした．本研究では，微生物ゲノム情報から未同定のSTホモログ生合成遺伝子群の探索，および機能解明を行い，論理的な生合成工学による新規ST類縁化合物の創製を目的とした．Streptothricin (ST) is a promising antibiotic exhibiting potent antibacterial activities against multidrug-resist-ant microorganisms. However, it has never been used therapeutically because of its toxicities against eukary-otes. To develop ST group antibiotics as therapeutic drugs, the biosynthetic engineering of ST should be a promising approach. We have demonstrated the biosynthetic mechanisms for the streptolidine lactam and be-ta-lysine oligopeptide moieties. This study generated new ST derivatives by rational biosynthetic design with uncharacterized ST biosynthetic genes identified from microbial genome information.我々が独自に開発したD-aTNAは，天然のD-DNAやD-RNAとは二重鎖を形成しない．それに対し，我々が開発した人工核酸SNAは，互いに直交しているこれら4つの核酸とすべて二重鎖を組むことができる．そこでこれらの関係を利用し，SNAをインターフェースに使用して，天然のRNA入力で，これと直交するD-aTNAのみで構成されるシグナル増幅回路が起動するシステムを構築した．こうして入力RNAとクロストークしない直交核酸でシグナル増幅回路を設計・構築し，ヌクレアーゼおよび夾雑DNAやRNAの存在する環境下でも微量のマイクロRNAをロバストに検出可能なシグナル増幅回路を実現した．この概念を拡張し，天然のD-DNAと直交しているL-DNAでも同様にD-RNA入力で起動するシグナル増幅回路が設計できることを実証した．We have previously developed our original artificial nucleic acid, D-aTNA, which cross-pairs with neither natural D-DNA nor D-RNA. In contrast to D-aTNA, our original SNA can cross-pair with both D-aTNA and D-DNA or D-RNA. With these artificial nucleic acids, a new signal amplification system was designed by combining D-aTNA amplification circuit with SNA interface. The D-aTNA amplification circuit can be trig-gered by natural D-RNA that is orthogonal to D-aTNA because interface SNA can convert input D-RNA into D-aTNA output. By using this system, we have successfully developed robust signal amplification system that can detect small amount of microRNA in the presence of contaminating DNA and RNA. We extended this concept and have designed similar amplification system with L-DNA that is also orthogonal to D-DNA, and successfully triggered this system by D-RNA input via SNA interface.
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