コンビナトリアル生合成
酵素は通常高い基質特異性を有しているが、特異性の低い酵素も多く存在する。特に自然界でその生物の体内には存在しない物質の場合、選択的に除外する必要がないため基質となりうることがある。このような化合物を微生物などの培養液へと導入することで、その物質を基質として利用した新たな天然物を生成させることができる。
比較的単純な構造を持つIII型PKSや、Aドメイン以外は基質特異性の比較的低いNRPSを利用したものが好例である。この手法では、生合成経路の詳細な解明や酵素改変の必要がないため、収量を最適化する培養条件が構築できればとても有用となる(図4)。
そのためほぼ全ての改変生合成経路では、各ブロックの縮合反応が適確に触媒されなかったり、また適切な量の改変酵素が発現されず、目的物質の収量が著しく低下するという問題があった。また初期に示されたPKの改変ほど上手くいくものは少なく、2000年代には次第に熱が冷めていった。
しかしその間にもポリケチド合成酵素(PKS)や非リボソームペプチド合成酵素(NRPS)の基礎研究により、ドメイン個別の機能だけではなく、ドメイン・モジュール・タンパク質間それぞれの連結について理解が進んでいった。さらに、数多くの結晶構造の解明により、タンパク質を視覚的に理解できるようになったことで、酵素の改変による立体構造の変化をより正確に推測できるようになった。
PKSやNRPSといったモジュラータンパク質の改変だけではなく、基質特異性の低い酵素を利用した最終生成物の改変も試みられている。好例の一つとしてハロゲン化酵素が上げられ、特にインドール、ピロール、アニリンを対象としたトリプトファンハロゲン化酵素は、基礎・応用共に近年非常に多くの研究が行われている。
このような基礎研究の進展による生合成経路の深い理解や、指向性進化法、遺伝子改変技術、バイオインフォマティクス、ハイスループットスクリーニング手法など技術の発展に伴なって、コンビナトリアル生合成は新たな局面を迎えようとしている。