研究内容RESEARCH
コア技術『タンパク質の構造・機能解析（高性能タンパク質の創出）
タンパク質は医薬品をはじめ、日用品、食品、工業品といった様々な分野で使用されており、特に機能性タンパク質（酵素）の数は6,000を超えています。天然の酵素をそのまま産業利用する例もありますが、当グループでは、改変してこれまで酵素で作れなかった化学品を作ったり、産業利用に適した耐久性を付与したりする研究を行っています。
タンパク質結晶構造の解析技術
【タンパク質結晶ギャラリー】
タンパク質はアミノ酸がペプチド結合でつながった高分子で、アミノ酸の並び方でさまざまな機能を発揮します。例えば、機能生タンパク質（酵素）は生体内で触媒として働き、生命現象のあらゆる化学反応を触媒しています。 X線結晶構造解析は、タンパク質の立体構造からその働き方を解明し、高性能なタンパク質の設計を可能にする技術です。 当グループは、タンパク質X線結晶構造解析に関して、高度な技術と知識を蓄積してきました。一般的な酵素化学的な研究や、タンパク質-タンパク質またはタンパク質-低分子間相互作用の熱力学的な解析も行っています。
データ駆動型の解析技術
タンパク質構造解析に計算科学の解析技術を導入し、結晶化が困難なタンパク質の解析などこれまで扱うことが出来なかったタンパク質の解析が可能になりました。特に、酵素改変を行う場合、酵素－基質複合体の情報が重要になりますが、この構造情報の取得が大きな課題の一つとなっていました。当グループでは、計算科学とX線結晶解析技術で、より高度かつ迅速に酵素の改変を進めています。この技術は、渡邊主任研究員がUC Davis への在外研究で習得したものです。
◆◆ 構造シミュレーション（AlphaFold, AF）◆◆
タンパク質の構造予測を実行する人工知能プログラムです。 シミュレーション結果の解釈に高い知識と経験が必要。
◆◆ ドッキングシミュレーション（Rosetta）◆◆
高分子構造をモデリングするための包括的なソフトウェアです。 幅広くテストされたスコアリング（エネルギー）関数を誇り、タンパク質や核酸の構造予測、ドッキング、設計、リモデリングまで、他に類を見ないほど幅広いアプリケーションが含まれます。 結晶構造もしくはAFモデリングの情報を使ってリガンドとのドッキングシミュレーションを行うことで酵素をデザインし、具体的には、目的とする酵素反応へと特化した設計を可能にします。
最新の研究課題
①キシロビオース生成酵素の開発【Rosettaの活用例】
キシロビオースは、化粧品や機能性食品等で利用されているオリゴ糖です。当グループでは、シミュレーション技術を用いて、高純度キシロビオースを生成可能なキシラナーゼを開発しました。
【詳細】
②九州大学とのコラボレーション
真核微生物のタンパク質を対象とした分子生物学的な研究に、当グループのシミュレーション技術を導入して共同研究を進めています。（九州大学 農学部 竹川教授）
【詳細】
③香川大学とのコラボレーション
植物資源を活用した化学品生産について、特にキシログルカンを分解する酵素の解析やシミュレーションを中心に共同研究を行っています。（香川大学 農学部 松沢 助教）
【詳細】
コア技術『微生物の探索と育種・改良（産業微生物の開発）』
微生物は、醸造などの食品分野で古くから利用されてきました。近年では工業分野への展開が期待され、バイオベース化学品生産への応用が進んでいます。当グループでは、微生物を環境中からスクリーニングし、さらにその能力を遺伝子組換え技術で高めることにより、バイオベース化学品を生産する産業微生物の開発に取り組んています。
微生物スクリーニング技術 環境中には様々な微生物が生息しており、特定の機能を指標とするスクリーニング技術によって産業で使用されているさまざまな微生物が発見されてきました。当グループでも、微生物スクリーニングを活用しており、例えば、ガスを使って生育する微生物を環境中から取り出してきて、ガスから化学品を作る研究を行っています。モデル生物を使った研究に比べると、遺伝子情報がなく遺伝子組換え基盤技術もないなどの困難さはありますが、独自の微生物資源を獲得できるため産業利用に向けてのメリットがあります。
遺伝子組換え技術
遺伝子レベルでの改変は、遺伝子情報の取得と基盤技術の開発が基本になります。当グループでは、非モデル微生物を中心に、ゲノム解析や遺伝子組換え基盤技術の開発を行い、必要に応じてゲノム編集も導入しつつ研究を進めています。変異処理による微生物の高機能化（非遺伝子組換え型）も行っており、応用分野で使用可能であることを意識しながら微生物の改良を進めています。
最新の研究課題
①セルラーゼ生産菌の基礎から応用まで
セルラーゼは、バイオマスを分解して糖を取り出すための酵素です。当グループでは、セルラーゼ生産菌をスクリーニングして、さらに変異処理や遺伝子組換えで改良を重ねてきました。多くの研究成果を出すことができ、現在もこの菌が生産するセルラーゼは、家畜用飼料の前処理剤として販売されています。
【詳細】
②ガス（CO, H2, CO2）から基礎化学品を生産する発酵技術
二酸化炭素（CO2）を「食べて」生きている特殊な微生物がいます。世界的な社会課題としてCO2の削減が求められていますが、このような微生物を活用してCO2をものづくりの原料として使うことができれば、CO2排出にかかわる問題を解決し、資源循環型社会の構築に貢献できます。
【ガスを食べる特殊な微生物】 【ガスからアセトンを生産する微生物の開発】