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代謝フラックスの再構成による大腸菌での天然D-グルコサミン生産
- 出典：
- Metabolic engineering. 2026;98:102526
- DOI：
- 10.1016/j.ymben.2026.102526
要旨：
"D-グルコサミンは医薬品、栄養補助食品、機能材料に用いられる工業的に重要なアミノ糖である。
しかし、その現在の生産は主にキチン質バイオマスからの化学的抽出に依存しており、持続可能性の問題とアレルゲンに関する懸念が生じている。
一方で、大腸菌は内在する代謝経路を通じてD-グルコースからD-グルコサミンを直接合成することが明らかになったが、これはこれまで活用されていなかったアミノ糖生合成能力を示している。
筆者らは、この天然経路を基盤として、標的化された遺伝子改変および窒素代謝と培養条件の体系的最適化を通じてD-グルコサミン生産を増強し、振盪培養条件下で9.2 g L-1の生産量に達したと報告している。
本研究の方法論的貢献として、中性希少糖の生産のために既に開発されていたリン酸化・脱リン酸化戦略をアミノ糖生合成に拡張することで、この代謝設計原理のより広い応用可能性を実証している。
さらに、筆者らはホスファターゼの種類が製品生成の重要な制御点であることを見出し、YbiVが選択的なD-グルコサミン生産に対して最も効果的なホスファターゼである一方で、代替ホスファターゼはフラックスをD-セドヘプツロースへと向け直すことを明らかにした。
このような酵素依存的なフラックス分配により、D-グルコサミンとD-セドヘプツロースの調整可能な共生産が可能になった。
大腸菌における天然アミノ糖生合成は、内在性代謝を通じて化学的に異なる糖を生産するための制御可能なフレームワークを提供するとともに、アミノ糖およびその他の窒素含有代謝産物の生合成を設計するための一般化可能な戦略を確立するものであると筆者らは述べている。"
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Absidia coeruleaに由来するAcCDA1を用いたオリゴマーおよびポリマーキチンの酵素的脱アセチル化
- 出典：
- Carbohydrate polymers. 2026;389:125626
- DOI：
- 10.1016/j.carbpol.2026.125626
要旨：
"キチンは高付加価値応用に向けた著しい可能性を有する構造生体高分子であり、キチン脱アセチル化酵素（CDA）がキチンをキトサンおよび部分アセチル化キトオリゴ糖（COS）に変換する可能性を有している。
筆者らはAbsidia coeruleaという糸状菌から分離したキチン脱アセチル化酵素であるAcCDA1の発現と特性化について報告しており、AcCDA1がコロイド状キチン、部分脱アセチル化キチン、異なる脱アセチル化度を有するキトサン、およびCOSに活性を示すことが明らかにされている。
重合度が3～6のCOSと共にインキュベートした場合、AcCDA1は完全脱アセチル化COSを迅速に生成し、これは既知のCDAの中では比較的珍しい特性である。
AcCDA1によるペンタ-N-アセチルキトペントース（(GlcNAc)5）に対する作用機構は、Fusarium graminearumに由来するキトオリゴ糖酸化酵素（FgChitO）を用いてCOSの還元性N-アセチル-D-グルコサミン単位をラベリングする新規な手法を採用した質量分析法によって調査された。
COSを用いたキネティック研究では、(GlcNAc)5に対するkcat/Km値が18.8 mM-1 s-1に達し、高い酵素効率が示された。
AcCDA1はコロイド状キチン中のアセチル基の12%を除去し、一方で様々なキトサンのアセチル化度を劇的に低下させたと報告されている。
他の3種類のCDAとの比較研究では、AcCDA1は非常に効率的な酵素であることが明らかになり、各酵素間の類似点と相違点が同定されている。
これらの知見から、キチン状物質の酵素加工中に様々なCDAが異なる脱アセチル化目標を達成可能であることが示唆される。"
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Acinetobacter baumannii由来のキチン利用GlcNAc脱アセチラーゼの遠位置変異による熱安定性エンジニアリング
- 出典：
- Journal of agricultural and food chemistry. 2026
- DOI：
- 10.1021/acs.jafc.6c07357
要旨：
"N-アセチルグルコサミン（GlcNAc）からグルコサミン（GlcN）への脱アセチル化は、酵素によるキチン価値化の重要なステップである。
筆者らはAcinetobacter baumannii由来の新規GlcNAc脱アセチラーゼ（AbNGD）に着目した。
この酵素は高い基質特異性と触媒活性を有するものの、熱安定性に乏しく、37°Cにおける半減期は5.5時間にすぎなかった。
筆者らはFireProtプラットフォームを用いて組合せ変異体AbNGD-M3（T93P-C153T-A244M）を創製した。
最適温度が37°Cに上昇し、半減期は28.1時間に延長され（5.1倍の改善）、野生型の触媒効率（kcat/Km = 3.4 mM⁻¹·s⁻¹）の97%が保持されたことが示された。
部位特異的変異誘導により、Asp54とHis160が重要な触媒残基であることが確認された。
分子動力学シミュレーション解析の結果から、T93Pは主鎖の柔軟性を低下させ、C153Tは水素結合を介してβシート剛性を増強し、A244Mはコア空洞を満たすことで疎水性パッキングを改善することが示された。
これらの遠位置の変異が協調的に安定性と活性のバランスを実現している。
基質チャネル解析により、T1を中心とした輸送経路の可能性が特定された。
筆者らの研究は脱アセチラーゼレパートリーを拡張するとともに、安定で産業化可能な酵素の工学的設計フレームワークを提供している。"
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Bacillus proteolyticus由来キチナーゼの生産、最適化、特性化および応用
- 出典：
- Brazilian journal of microbiology : [publication of the Brazilian Society for Microbiology]. 2026;57(1)
- DOI：
- 10.1007/s42770-026-01919-7
要旨：
キチンはβ1,4-結合N-アセチルグルコサミンからなる多糖体であり、キチナーゼにより分解されてキトサンオリゴ糖またはN-アセチルグルコサミンが生成される。
キトサンはキチンのアセチル基を除去して得られるキチンの誘導体であり、生医学、農業、食品、環境、ナノテクノロジー応用など広範な分野で利用されている。
植物成長促進根圏細菌（PGPR）は栄養摂取の促進、ホルモン調節、および病原体に対する生物防除作用により植物成長を促進する。
本研究では、完全に消耗したアレカヤシ農場の根圏から分離された Bacillus proteolyticus からのキチナーゼ酵素のスクリーニング、生産、部分精製、特性化および応用に焦点を当てており、浸漬培養および固体状態発酵の両方で酵素活性の最適化を検討した。
固体状態発酵により最高のキチナーゼ収率（25.03 U/ml/min）が得られ、浸漬培養の 20.23 U/ml/min を上回ることが認められた。
その後の実験では異なる基質を用いたキチナーゼ生産に固体状態発酵を採用し、米ぬかおよび小麦ぬかの基質を試験したところ、小麦ぬかがより高い酵素活性をサポートすることが示された。
小麦ぬかから得られたキチナーゼの部分精製では、純度が2.5倍に増加したと報告されている。
最大酵素活性は pH 7、30°C で観察され、炭素源としてデキストロース、窒素源として牛肉抽出物が使用された。
部分精製されたキチナーゼは分子量 25 kDa を示し、4-メチルウンベリフェリル N-アセチルグルコサミニド（4-MUF-GlcNAc）の加水分解によるキトビオース活性が実証された。
さらに、当該酵素は植物病原菌 Colletotrichum sp. および Alternaria sp. に対して抗真菌活性を示すことが認められた。
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キチン由来オリゴ糖モノマーの調製と血糖低下活性の評価およびメカニズム解析
- 出典：
- Carbohydrate research. 2026;567:110005
- DOI：
- 10.1016/j.carres.2026.110005
要旨：
2型糖尿病（T2DM）はグローバルに多くの人々に影響を及ぼしているメタボリック疾患である。
グルコサミンとN-アセチルグルコサミン（GlcNAc）から構成されるキチン由来オリゴ糖（NACOS）は、T2DM患者における長期的な血糖管理を目的とした機能性食品および医薬品として開発するポテンシャルを有している。
しかし、既存研究の対象の大多数は複雑なNACOS混合物であり、構造-活性相関が不明確であることから、NACOSの活性向上と応用展開が制限されている。
筆者らの研究では、重合度2～6の完全脱アセチル化および完全N-アセチル化NACOSモノマーを調製・単離し、in vitro細胞活性アッセイ、ネットワーク薬理学、分子ドッキング、分子動力学シミュレーション、およびリアルタイム定量ポリメラーゼ連鎖反応（qRT-PCR）技術を統合することで、NACOSの主要成分の同定とそのメカニズム探索を行った。
In vitro細胞モデルを用いたスクリーニングの結果、D2～D4モノマーおよび混合物がグルコース消費量の改善とインスリン分泌の促進において最良の効果を示したことが明らかになった。
分子ドッキングおよび分子動力学シミュレーションにより、候補標的タンパク質p110αとD2～D4モノマー間の相互作用における潜在的な結合様式および構造安定性に関する計算的知見が提供された。
さらに、qRT-PCR実験により、D2～D4混合物およびモノマーがインスリン耐性HepG2細胞においてPI3K/AKT/GLUT2/GSK3βシグナル伝達経路に関与するグルコース代謝関連遺伝子の発現を調節することが示された。
これらの知見は、キチン由来オリゴ糖をより効果的な血糖管理製品として開発するための理論的およびデータ的支援を提供するものである。
