YUZAWA LABの研究内容

RESEARCH

湯澤ラボでは、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）に代表される巨大酵素工学と、最先端の合成生物学技術を融合し、従来の化学では到達できない高付加価値化合物の創出を目指しています。巨大酵素の人工設計・改変から長鎖DNAの構築・編集、さらには微生物ゲノムへの精密な導入までを一貫して行うことで、これまでにない物質生産プラットフォームの開発に取り組んでいます。

従来の合成生物学では天然酵素をそのまま利用することが一般的ですが、私たちは目的とする化合物に合わせて人工的に設計・改変した巨大酵素を活用します。天然酵素と人工酵素を最適に組み合わせた代謝経路をデザインすることで、従来の有機合成では実現が困難な多様な化合物を微生物に生産させます。対象は、医薬品や機能性化学品などの高付加価値化合物に加え、燃料、溶媒、脂質などの汎用化学品まで幅広く、再生可能資源を利用した持続可能なバイオものづくりの実現を目指しています。

近年、合成生物学はゲノム編集技術や次世代シーケンシング、DNA合成技術の飛躍的な進歩に加え、AIを活用した酵素・代謝経路設計によって急速に発展しています。当研究室では、これらの最先端技術を積極的に取り入れながら、新しい物質生産技術の創出に挑戦しています。生命科学、化学、情報科学、工学など多様な分野の知識を融合し、人類が直面するエネルギー・環境・医療といった社会課題の解決に貢献する研究を、ともに推進していきましょう。

合成生物学

合成生物学は、生物を構成するDNA、RNA、タンパク質、脂質などを「設計・構築・改変」することで、生命現象を理解するとともに、新たな機能を持つ生物システムを創出する学問分野です。従来の分子生物学が生命現象を解析・理解することを主な目的としてきたのに対し、合成生物学は工学的な設計思想を取り入れ、目的に応じた生物をデザインすることを特徴としています。

近年は、ゲノム編集技術、次世代シーケンシング技術、DNA合成技術の飛躍的な進歩に加え、AIを活用した酵素・代謝経路設計の発展により、合成生物学は急速に進展しています。医薬品、機能性化学品、食品、エネルギー、環境分野など幅広い産業への応用が期待されており、世界中で大規模な研究開発投資が行われています。今後も市場は大きく成長すると予測され、合成生物学は次世代のバイオエコノミーを支える基盤技術として注目されています。

湯澤賢は、スタンフォード大学およびカリフォルニア大学バークレー校において、世界最先端の合成生物学研究に従事し、巨大酵素工学や微生物による有用化合物生産に関する研究を推進してきました。当研究室では、その経験を基盤として、人工巨大酵素の設計、長鎖DNAの合成・編集、微生物ゲノムの精密改変を融合した独自の物質生産プラットフォームの構築に取り組んでいます。

また、慶應義塾大学先端生命科学研究所（IAB）は、世界トップレベルのメタボローム解析技術をはじめ、情報科学、AI、データサイエンスを活用した生命科学研究に強みを有しています。さらに、鶴岡サイエンスパークには合成生物学をはじめとする多くのバイオ関連企業・スタートアップが集積しており、基礎研究から社会実装、さらには起業までを見据えた研究開発を推進できる環境が整っています。

生物が生み出す巨大酵素

生物は、私たちが日常的に利用している医薬品や食品成分、香料など、多種多様な天然化合物を生産しています。その多くは、ポリケチド合成酵素（Polyketide Synthase: PKS）や非リボソームペプチド合成酵素（Nonribosomal Peptide Synthetase: NRPS）と呼ばれる巨大酵素によって合成されます。PKSやNRPSは、分子量が数十万から100万を超えることもある生体内でも最大級の酵素であり、複数の機能を持つ「モジュール」が直列に連結された特徴的な構造をしています。それぞれのモジュールが異なる化学反応を順番に担うことで、まるで工場の生産ラインのように複雑な分子を効率よく組み立てていきます。このため、PKSやNRPSはしばしば「分子工場（Molecular Assembly Line）」と呼ばれています。これらの巨大酵素が生産する天然化合物には、抗生物質のエリスロマイシンやバンコマイシン、免疫抑制剤のタクロリムス、抗がん剤や脂質低下薬など、医療や産業に欠かせない化合物が数多く含まれています。一方で、その複雑な構造ゆえに、有機合成のみで効率よく製造することは容易ではありません。近年では、タンパク質工学や構造生物学、AIを活用した設計技術の進歩により、PKSやNRPSを人工的に設計・改変し、新しい化合物を生み出す研究が急速に発展しています。当研究室では、巨大酵素の構造・機能を理解するとともに、それらを自在に設計・編集する技術を開発することで、従来の化学では到達できない高付加価値化合物の創出を目指しています。