コンビナトリアル生合成
PKやNRPの誘導体化において、最も多く利用されている古典的な手法である。PKSやNRPSは数種のドメインの組み合わせによって、無数の天然物を作り出している。各種ドメインは基本的な構造を共有し、役割が明確に分かれているため、同種のドメインであれば交換しても全体の機能への影響は小さいとされる。またPKSやNRPSの基質は、それぞれATドメインとAドメインによって決定され、これらが門番として機能するため、他種のドメインは基質特異性が比較的低いという特徴を持つ。言い換えれば、これらのドメインを交換することで基質を変化させ、最終生成物の当該部位を改変することができるのである(図5)。
また上記のように、ドメイン・モジュール・タンパク質間の連結(リンカー領域)が研究されるにつれ、より最適化された手法も考案されている。例えば、ドメイン間の連結を保つために、ドメイン全体ではなく基質を決定する部位だけのスワッピングによって、新たな物質の生成に成功している。またリンカー領域には、特定のモジュール・タンパク質間の連結を最適化するための小さなドメインが含まれており(PKSにおけるLN・LCドメインやNRPSにおけるCOMドメイン)、これらのドメインを入れ替えることで、モジュールの順番を交換する手法も実現している。
RiPPs(リボソーム翻訳系翻訳後修飾ペプチド)はペプチド系天然物であるが、NRPsと異なりリボソームによって翻訳されたペプチドがそのまま最終生成物の骨格となる。RiPPsの修飾酵素の多くは、前駆ペプチドのリーダーペプチドによって基質を選択するため、最終生成物の骨格となるコアペプチドのアミノ酸配列は比較的自由に組み替えられる(図8)。この手法は、遺伝子配列がそのまま最終生成物のアミノ酸配列を反映する(酵素改変の必要がない)ため、NRPSにおけるAドメインの改変によるアミノ酸の置換に比べ、非常に効率的である。
またコアペプチドの改変とは逆に、リーダーペプチドを異なるRiPPs生合成経路のそれと交換することで、異なる修飾を触媒させることにも成功している。