コンビナトリアル生合成
生物活性を有する天然物やその誘導体は選択性が高いものが多いため、副作用の少ない治療薬としてさまざまな病気に利用されている。高い選択性は主に複雑な構造からもたらされているが、同時にその複雑さゆえに全合成や誘導体化は簡単ではない。例えば、特定の立体異性体の合成、特定部位のハロゲン化、不安定な反応中間体の安定化などは、酵素の機能を借りなければ実現は困難であり、可能だとしてもコストに見合わなかったり環境に有害であることが多い。
一方、小分子はほんの一部の構造が変化しただけで生物活性が増減、もしくは選択性が変化することが知られている。天然物の誘導体化には、通常半合成が利用され大きな成果を挙げているが、有機化学的手法では実現できない誘導体化は多い。例えば、あるペプチド小分子の特定のアミノ酸を異なるアミノ酸へと置換する、またポリケチドの特定の飽和炭化水素部分を酸化するなどは、現在の技術では不可能である。
これらの問題を解決するために、遺伝子工学技術の発展に伴って提起されている、天然物の誘導体を生成するための手法がコンビナトリアル生合成である。コンビナトリアル生合成では、微生物や植物が有している天然物の生合成経路を利用する。例えば、本来の基質ではない物質を基質として利用したり、タンパク質の改変により基質や反応を操作することで、元の天然物とわずかに異なる構造を持つ“非天然”天然物を生合成させることができる。