東京理科大学が率いる研究者らは、植物病害管理に革命をもたらす画期的な酵素を特定した。この発見は、非殺菌抗菌性殺虫剤の開発につながり、米、小麦、トマトなどの重要な作物に対するキサントモナス病原菌による壊滅的な被害を抑える可能性がある。
東京理科大学が率いる研究チームは、農業にとって大きな進歩として、植物病害の管理方法に革命をもたらす可能性のある酵素を特定した。XccOpgDと名付けられたこの酵素は、薬剤耐性を促進せずに広範囲に被害をもたらす病原菌を標的とする新しい抗菌性殺虫剤の開発につながる可能性がある。
アメリカ化学会誌に掲載されたこの研究結果は、 研究 この研究は、東京理科大学の中島正弘准教授が主導し、東京理科大学の博士課程の本内成氏、新潟大学の中井宏之准教授、国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構食品研究部門の神場史郎主任研究員らが参加して行われた。
植物病害、特に悪名高いキサントモナス属菌によって引き起こされる病気は、農業の生産性に深刻な問題をもたらします。これらの病原菌は、米、小麦、トマトなどの重要な作物に影響を及ぼし、収穫量を大幅に減少させ、世界中で多大な経済的損失を引き起こします。
これまでの研究で、キサントモナス病原菌は環状化合物であるα-1,6-環化β-1,2-グルコヘキサデカオース（CβG16α）を利用して植物の防御機構を抑制することが示されていました。研究チームは今回、X. campestris pv campestris 株において、CβG16αの生合成に関与するグリコシド加水分解酵素 XccOpgD を特定しました。
「糖鎖構造は複雑で多面的であり、自然界や生物において多様な重要な役割を果たしています。酵素は糖鎖を合成したり分解したりして、糖鎖の多様性に応じた多様な構造と機能を発揮します。しかし、これらの酵素に対する私たちの理解はまだ限られており、多様な新しい可能性を秘めた新しい酵素の探索が求められています」と中島氏は述べた。 ニュースリリース.
研究チームは、高度な生化学分析と X 線結晶構造解析を利用して、XccOpgD の触媒メカニズムと基質特異性を解明し、これが GH186 酵素ファミリーの一部であることを明らかにしました。このファミリーは、細菌細胞壁成分の調節に重要な役割を果たします。特に、XccOpgD は、アノマー反転トランスグリコシル化と呼ばれる前例のない酵素メカニズムを介して機能します。
「典型的なGH酵素の反応は、理論的には、保持または反転、および水（加水分解）または糖（糖転移）との反応の組み合わせによって4つのタイプに分類されます。しかし、炭水化物関連酵素の研究の長い歴史の中で、どういうわけか1つの分類が欠けており、私たちはその欠けている分類を発見しました」と中島氏は付け加えました。「この画期的な進歩は、ユニークな構造環境によって可能になり、酵素ベースの糖化の新たな可能性を切り開きました。」
環状化合物 CβG16α は核磁気共鳴法を用いて同定され、ミカエリス複合体の構造解析により重要な基質結合残基が特定されました。XccOpgD はアノマー反転トランスグリコシル化機構を促進し、残基 D379 と D291 が重要な触媒的役割を果たします。
この発見は、標的抗菌殺虫剤の開発に大きな可能性を秘めています。
「将来的には、この酵素ホモログをターゲットにした農薬コンセプトが生まれることを期待しています。土壌中の薬剤耐性菌の出現を促す殺菌剤とは異なり、この酵素をターゲットにすることで、殺菌作用を起こさずに病原性を抑制できる可能性があります」と中島氏は付け加えた。「本研究で特定された酵素ホモログは、構造に基づく有望な薬剤ターゲットとなり、薬剤耐性菌の問題に対する潜在的な解決策となる可能性があります。」
この画期的な進歩により、農業の回復力の強化、食糧安全保障の改善、従来の農薬に関連する環境への影響の緩和が期待されます。研究者が XccOpgD の潜在的な用途を探求し続ける中、この進歩は世界の農業課題に対する持続可能な解決策への道を開き、世界中の農家と生態系に利益をもたらす可能性があります。