産総研,人工生物発光酵素に選択的な発光基質を開発

産業技術総合研究所(産総研)と慶應義塾大学は,生物発光酵素に極めて選択的に明るく発光する一連の基質類の新規合成に成功した(ニュースリリース)。

従来,生物発光酵素は,おおむね同じ発光基質を共有することが常識であった。例えば,ホタルを含む昆虫由来の生物発光酵素類は一般的にD-ルシフェリンを共通の基質とする。しかしこのような発光特性は,バイオアッセイで2つ以上の生物発光酵素を用いることを難しくする。

例えば,2つ以上の生物発光酵素が共通の基質を光らせた場合,互いの発光スペクトルが重なるため,発光信号のコンタミが起こる。従来の光学フィルターでは,完全な発光信号の分離は困難であり,分離できたとしても発光輝度を弱める問題点があった。

もしバイオアッセイで多数の発光酵素を同時に用いることができれば,高いサンプル処理能など,バイオアッセイの効率を大きく高めることができる。

研究グループは,これまでの常識を覆す新たな挑戦として,発光酵素に対してそれぞれ選択的に発光する発光基質類の分子設計と開発に成功した。その結果,バイオアッセイにおいて汎用的に用いられているウミシイタケ由来の発光酵素(Renilla luciferase; RLuc)類や発光プランクトン由来の人工生物発光酵素(artificial luciferase; ALuc®)類に選択的に発光する基質類の合成と生細胞実証に成功した。

研究グループは今後,今回の成果をベースにさらなる高性能発光基質の合成を行なう予定。例えば,より長波長で発光する発光基質が開発できれば,発光信号の組織透過性が改善される。また,人工生物発光酵素の立体構造を解明することにより,生物発光が持つ発光反応を理解する重要な手がかりになるとしている。

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