などの好塩菌では ect gene cluster に EctD をコードする遺伝子はない。
なお、H. elongata での実験で、ectoine synthase を欠失させても細胞内にヒドロキシエクトインが存在することから、
既知の合成経路以外のエクトイン/ヒドロキシエクトイン合成経路の存在が示唆されている (PMID: 10473374
)。
Ectoine synthesis gene organization in H. elongata and other prokaryotes. --Schwibbert (2010) Figure 2.
現在、Halomonas elongata を用いた「bacterial milking」と呼ばれるプロセスで製造されている。
bacterial milking とは、高塩濃度下で細胞内にエクトインを蓄積させ、塩濃度を下げて細胞外に排出させたエクトインを分離・回収する連続生産プロセス。
エクトイン生合成
概要
エクトイン (ectoine, 1,4,5,6-tetrahydro-2-methyl-4-pyrimidinecarboxylic acid) は好塩菌、耐塩菌が生合成する適合溶質 (compatible solute） の代表的物質。
環状アミノ酸構造を持つ双性イオンで、塩濃度の上昇に伴い細胞内エクトイン濃度が上昇し、浸透圧耐性に関与することが複数の生物で報告されている。
また、エクトインのヒドロキシ誘導体であるヒドロキシエクトイン (hydroxyectoine, 1,4,5,6-tetrahydro-5-hydroxy-2-methylpyrimidine-4-carboxylic acid) も、
エクトイン同様適合溶質としての機能を持つことが知られている。
機能に関する知見
機能を示すメカニズム
高浸透圧環境下において、親水性の高いエクトインを細胞内に蓄積することで細胞内の水分を維持し、タンパク質などの高分子を浸透圧ストレスから保護する。
エクトインはスレオニン、リジンなどの生合成中間体 L-aspartate-4-semialdehyde から3つの酵素反応を経て合成される
。これらの反応を触媒する酵素は ectA、ectB、ectC 遺伝子にコードされており、エクトイン合成が報告されている多くの生物で ectA-ectB-ectC の並びが保存されている。
ヒドロキシエクトインは ectD 遺伝子にコードされている ectoine hydroxylase によりエクトインから合成される。
Streptomyces 属では ectABCD でクラスターを形成しているが、)。
L-2,4-diaminobutyric acid acetyltransferase, ectA (NRULE_0187)
diaminobutyrate--2-oxoglutarate transaminase, ectB (NRULE_0186)
L-ectoine synthase, ectC (NRULE_0188)
ectoine hydroxylase, ectD (NRULE_0189)
diaminobutyrate--2-oxoglutarate transaminase, ectB (NRULE_0186)
L-ectoine synthase, ectC (NRULE_0188)
ectoine hydroxylase, ectD (NRULE_0189)
機能を持つことが知られている生物
Halomonas elongata、Chromohalobacter salexigens、Marinococcus halophilus などでエクトイン生合成が報告されている。
Rule/Function 作成に関する特記事項
EC 2.6.1.76 diaminobutyrate--2-oxoglutarate transaminase EctB
diaminobutyrate--2-oxoglutarate transaminase EctB
EctB を抽出するための Trigger 候補としては、TIGR00709 Dat と TIGR02407 EctB があった。
TIGR00709 は EctB のほか、1,3-diaminopropane の合成酵素の一つとして同定された Dat、siderophore 合成クラスターの一部として同定された RhbA も含まれている。
いずれも EC 2.6.1.76 だが Dat、RhbAを持つ菌に EctA、EctC は保存されておらず、これらの酵素が ectoine 合成に関与しているとは考えにくいことから、
EctBを抽出するための Trigger は EctB に限定される TIGR02407) とした。
また、いずれの選択でも EC 2.6.1.46 活性が実験で確認されているエントリーが同時に抽出されてくる。
EC 2.6.1.46 に関する実験情報は、.46 と .76 両方の活性を示し、しかも76活性のほうが断然高いというものであることから、これらが混在しても問題ないと判断した。
Dat と TIGR02407 EctB があった。
TIGR00709 は EctB のほか、1,3-diaminopropane の合成酵素の一つとして同定された Dat、siderophore 合成クラスターの一部として同定された RhbA も含まれている。
いずれも EC 2.6.1.76 だが Dat、RhbAを持つ菌に EctA、EctC は保存されておらず、これらの酵素が ectoine 合成に関与しているとは考えにくいことから、
EctBを抽出するための Trigger は EctB に限定される TIGR02407) とした。
また、いずれの選択でも EC 2.6.1.46 活性が実験で確認されているエントリーが同時に抽出されてくる。
EC 2.6.1.46 に関する実験情報は、.46 と .76 両方の活性を示し、しかも76活性のほうが断然高いというものであることから、これらが混在しても問題ないと判断した。
実用化例
- 化粧品への利用
保湿効果 (双性イオンの高保水性に由来)
UV対策 (エクトインがヒートショックプロテインの発現を誘導) - 植物分子育種
砂漠の緑化、塩害地の再生等 (エクトイン生合成遺伝子を植物細胞に導入)
参考文献
- Schwibbert, K. et al. (2010). A blueprint of ectoine metabolism from the genome of the industrial producer Halomonas elongata DSM 2581 T. Environ Microbiol. 13(8):1973-1994. PMID: 20849449
- Cánovas, D. et al. (1999). Role of Nγ-acetyldiaminobutyrate as an enzyme stabilizer and an intermediate in the biosynthesis of hydroxyectoine. Appl Environ Microbiol. 65(9):3774-3779. PMID: 10473374
- Roberts, M. F. (2005). Organic compatible solutes of halotolerant and halophilic microorganisms. Saline Systems. 1:5. PMID: 16176595
関連外部リンク
- MetaCyc: ectoine biosynthesis
MiFuPへのリンク
- NFUNC_0056 Ectoine biosynthesis
NRULE_0186 Diaminobutyrate--2-oxoglutarate transaminase
NRULE_0187 L-2,4-diaminobutyric acid acetyltransferase
NRULE_0188 L-ectoine synthase - NFUNC_0057 Hydroxyectoine biosynthesis
NRULE_0186 Diaminobutyrate--2-oxoglutarate transaminase
NRULE_0187 L-2,4-diaminobutyric acid acetyltransferase
NRULE_0188 L-ectoine synthase
NRULE_0189 Ectoine hydroxylase
（更新日 2014/03/12）