KAKENHI (Grants-in-Aid for Scientific Research) -
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Grant number：24K22051 2024.6 - 2026.3
Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
Authorship：Principal investigator
Grant amount：\6370000 （ Direct Cost: \4900000 、 Indirect Cost：\1470000 ）
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Grant number：21H04704 2021.4 - 2024.3
Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
Authorship：Principal investigator
Grant amount：\42900000 （ Direct Cost: \33000000 、 Indirect Cost：\9900000 ）
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Material Transformation Using Biocatalysts Assisted by External Additives
Grant number：15H05806 2015.6 - 2020.3
Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
Shoji Osami
Authorship：Principal investigator
Grant amount：\35880000 （ Direct Cost: \27600000 、 Indirect Cost：\8280000 ）
We found that cytochrome P450BM3 starts to catalyze hydroxylation of nonnative substrates in the presence of inert dummy substrates (decoy molecules). Recently, we have demonstrated that various carboxylic acids modified with amino acids (N-acyl amino acids) having a completely different structure from fatty acids can serve as decoy molecules. Benzene was more efficiently hydroxylated in the presence of these decoy molecules. We also have demonstrated that the heme acquisition protein HasA secreted by Pseudomonas aeruginosa can accommodate Iron(III)-5,15-diphenylporphyrin and its derivatives including Fe-diaza-DPP without any structural perturbation. Crystal structure analysis revealed that phenyl groups at the meso-position of the porphyrins extend outside of HasA to avoid steric crowding and are exposed to the solvent. Iron(III)- and cobalt(III)-tetraphenylporphycenes, which possess bulky phenyl groups, also can be incorporated into HasA.
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Grant number：26708018 2014.4 - 2018.3
Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
Shoji Osami
Authorship：Principal investigator
Grant amount：\24830000 （ Direct Cost: \19100000 、 Indirect Cost：\5730000 ）
HasA (Heme acquisition system A) is a hemophore secreted by some pathogenic bacteria having a heme acquisition system (Has system) such as Pseudomonas aeruginosa. We have found that HasA can capture several synthetic metal complexes other than heme such as iron-salophen and iron-phthalocyanine. The crystal structures of HasA harboring iron-salophen and iron-phthalocyanine showed only small structural perturbations compared with that of HasA with heme. We also found that HasA bound to iron-phthalocyanine strongly inhibited HasA-mediated heme acquisition. Furthermore, we have demonstrated that Pseudomonas aeruginosa can be eliminated by photo-irradiation at 680 nm in the presence of HasA bound to gallium-phthalocyanine due to generation of singlet oxygen.
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Dynamic Element-Effect Design for Unconventional Molecular Functions
Grant number：22K21346 2022.12 - 2029.3
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Fund for the Promotion of Joint International Research (International Leading Research )
Authorship：Coinvestigator(s)
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Grant number：22H05119 2022.6 - 2027.3
日本学術振興会 科学研究費助成事業 学術変革領域研究(A)
葛山 智久, 内山 真伸, 丸山 千登勢, 寺田 透, 渡辺 賢二, 勝山 陽平, 山崎 真巳, 脇本 敏幸, 大栗 博毅, 淡川 孝義, 荘司 長三
Authorship：Coinvestigator(s)
天然化合物は「探す」ものという天然物化学分野で半世紀以上続いてきた既成概念から脱却し、天然化合物の設計図である生合成遺伝子の機能を予知し再構成して天然化合物を人工的に「創り出す」ものとする根本的な変革を先導する。そのため、既存の方法では解析が追いつかず、解析されぬまま爆発的に蓄積し続ける未利用資源とも言うべきゲノム情報から未知の有益な配列情報を情報科学的アプローチで効率的に抽出し、さらに生物合成と化学合成の手法で未踏の天然化合物の生産を可能にすることを目指す。
計画班メンバーによるキックオフミーティングを、2022年7月2日に、東京大学大学院農学生命科学研究科で行い、今後の研究方針について意見交換を行った。
本領域の共催企画として2022年8月16日に札幌生合成国際シンポジウムを北海道大学薬学部臨床薬学講義室で開催した。 スイスETHのJorn Piel教授に加え、ボン大学のJeroen Dickschat 教授や、本領域の計画班メンバーらが講演を行った。ハイブリッド形式で実施し、アメリカやシンガポールからの参加者を含む80名近い参加者が出席した。
2022年8月26日に、東京大学薬学部総合研究棟2階講堂において第1回若手シンポジウムを開催した。本シンポジウムでは、 第1部で、計画班を中心とした若手研究発表会を非公開で行い、第2部で、公開シンポジウムとして、「予知生合成科学」の研究領域の説明と特別講演を開催した。
2022年度日本放線菌学会大会では、共催シンポジウムとして、Inha Universityの Eung-Soo Kim教授を特別講演の講師としてお招きし、ご講演いただいた。
計画班の分担者である東京大学大学院薬学系研究科助教の牛丸理一郎博士が、2022年10月に生合成研究についての意見交換と講演のためアメリカの10大学を訪問した。本研究領域では、前半の3つの大学での講演と意見交換についてサポートを行った。
2023年1月28日に、東京大学農学部において第1回公開シンポジウムを開催した。計画班研究代表者11名が研究計画と研究成果について発表した。最新の成果や今後の研究の方向性に関する活発な議論が行われた。2023年3月15日に、日本農芸化学会大会で、「生合成研究の変革を目指して ～実験科学と計算科学の融合への挑戦～」というシンポジウムを開催し、本領域の計画班から6名が発表した。
初年度は計画班だけによる研究が予定していたメンバーでスタートした。
速やかに領域のWebページを作成し、領域の研究概要や、各班員の研究内容を公開することができた。このwebページやシンポジウムで、公募班の研究概要を伝えることで、予定していた人数の公募班を立ち上げることができた。国際シンポジウムと学会に海外研究者を招聘し、最先端研究を紹介してもらえたことで、本領域の活性化につながっている。若手研究者を海外に派遣し、本領域における最先端研究を学んだり意見交換したことも、本領域の活性化につながっている。Slackやメールを利用した情報交換は、共同研究を進めるのに大きく貢献している。
各計画班や公募班が、研究計画に従って研究を推進するよう、メールや公開シンポジウムでの班会議などで周知していく。そのため、まずは、公募班の研究内容を明確にするため、図とその説明を作成してもらい、領域のホームページで公開する。これにより、研究領域の意義や研究内容を広く周知し、共同研究の促進を図る。そのため、公募班を加えた、第２回公開シンポジウムを6月10日-11日の日程で、計画班の北海道大学の脇本教授を担当者として開催する。このシンポジウムでは、共同研究の推進を計る目的で、公募班全員の研究内容をショートプレゼンテーションとポスター発表で十分に周知してもらう予定である。また、計画班の若手の分担者には、研究成果と研究計画について発表してもらい、お互いの研究をよく理解し合うことを計画している。
これら若手の啓蒙に加えて、8月には、第２回若手シンポジウムを計画している。ここでは、各班に所属する学生やポスドク、若手研究者に集まってもらい、研究に関するアプリケーションの使い方などの講習会も予定している。また、日中間などの国際間の生合成シンポジウムも積極的に開催する。
2024年2月には、第２回公開シンポジウムを東京大学で開催予定である。ここでは、計画班を中心に最新の研究成果を発表してもらう。
加えて、本研究領域で第一線の成果を挙げている海外の著名な研究者をお呼びして、特別講演を開催し、班員の研究推進のサポートを行う。若手研究者や学生を海外の大学などで行われるサマースクールに通わせたり、海外の著名な研究者の研究室を訪問し、成果発表や討論などを通して、若手の国際交流を図る。研究成果に関しては、本研究領域のホームページで随時公開するとともに、SNSを通じて広く発信する。 -
Grant number：22H05129 2022.6 - 2027.3
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
Authorship：Principal investigator
Grant amount：\82030000 （ Direct Cost: \63100000 、 Indirect Cost：\18930000 ）
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Grant number：18H02084 2018.4 - 2021.3
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Shoji Osami
Authorship：Principal investigator
Grant amount：\17420000 （ Direct Cost: \13400000 、 Indirect Cost：\4020000 ）
Pseudomonas aeruginosa, one of the more notorious opportunistic human pathogens, which has been classed with the highest priority level of “critical” by the World Health Organization (WHO). We demonstrated that bacterial heme transport systems can be exploited for the delivery of antimicrobials to the intracellular space of target bacteria with high specificity. We demonstrated that, analogous to heme uptake, HasA can specifically traffic an antimicrobial, gallium phthalocyanine (GaPc), into the intracellular space of Pseudomonas aeruginosa the interaction of HasA with its outer membrane receptor HasR. HasA enables water-insoluble GaPc to be mistakenly acquired by Pseudomonas aeruginosa, permitting its sterilization (>99.99%) by irradiation with near-infrared (NIR) light, irrespective of antibiotic resistance. This specific route of antimicrobial transport enables the efficient sterilization of P. aeruginosa, including its multidrug-resistant strains (MDRP).
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生体触媒の誤作動状態を利用するメタンの直接的メタノール変換
2015.10 - 2021.9
科学技術振興機構(JST) 戦略的創造研究推進事業 多様な天然炭素資源の活用に資する革新的触媒と創出技術
荘司 長三、杉本 宏、久保 稔
Authorship：Principal investigator
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外部添加因子による生体触媒反応場の制御と高難度物質変換
2015.6 - 2020.3
科学研究費補助金 新学術領域研究(研究領域提案型)
Authorship：Principal investigator
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外部添加因子による生体触媒反応場の制御と高難度物質変換
2015.6 - 2020.3
科学研究費助成事業 新学術領域研究(研究領域提案型)
Grant type：Competitive
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変性蛋白質の自己集合状態を利用する新規機能性蛋白質の開発
2015.4 - 2016.3
科学研究費補助金
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改変型鉄獲得蛋白質による緑膿菌の鉄獲得阻害と光線力学的反応を併用する殺菌システム
2014.4 - 2018.3
科学研究費補助金 若手研究(A)
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改変型鉄獲得蛋白質による緑膿菌の鉄獲得阻害と光線力学的反応を併用する殺菌システム
2014.4 - 2018.3
日本学術振興会 科学研究費助成事業 若手研究(A)
Grant type：Competitive
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生体触媒の基質誤認識を利用する不活性炭化水素への酸素原子挿入反応触媒系の開発
2013.4 - 2015.3
科学研究費補助金 新学術領域研究(研究領域提案型)
Authorship：Principal investigator
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Molecular Design of Biocatalysts for Hydroxylation of Small Alkanes
Grant number：24225004 2012.5 - 2017.3
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (S) Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
Watanabe Yoshihito, SHOJI Osami
Cytochrome P450BM3 (P450BM3) isolated from Bacillus megaterium catalyzes the hydroxylation of long-alkyl-chain fatty acids. We have demonstrated that even wild-type P450BM3 can catalyze the hydroxylation of gaseous alkanes such as ethane and propane as well as benzene by using perfluorinated carboxylic acids (PFCs) as decoy molecules. We also have demonstrated that N-perfluoroacyl amino acids strongly activate wild-type P450BM3 for the hydroxylation of inert alkanes. Furthermore, we showed that substrate-binding-state mimics of hydrogen peroxide-dependent cytochrome P450s prepared by one-point mutagenesis are able to catalyze monooxygenation of non-native substrates. The same mutation was also effective in introducing peroxygenase activity into P450BM3 and P450cam, indicating that a variety of peroxygenases based on P450s can be constructed by one-point mutagenesis.
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酵素の基質誤認識を利用するバイオ触媒の創成
2009.4 - 2012.3
科学研究費補助金 若手研究(A)
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高難度酸化反応を可能とするヘム酵素の創
2006.4 - 2009.3
科学研究費補助金