明治大学農学部農芸化学科の山田千早准教授らの研究グループは、母乳中に含まれるヒトミルクオリゴ糖の主要なコア構造であるラクト-N-テトラオース（以下、LNTと省略） を、酵素反応により合成することに成功しました。ヒトミルクオリゴ糖は、母乳に含まれる重要な糖鎖成分であり、乳児の腸内環境の形成やビフィズス菌の増殖促進などに関わることが知られています。LNTは、ヒトミルクオリゴ糖の主要なコア構造の一つであり、乳児の腸内にすむビフィズス菌によって利用される重要な糖鎖です。一方で、糖鎖は構造が複雑であるため、目的の構造を効率よく合成する技術の開発が求められてきました。ヒトミルクオリゴ糖はヒトの母乳に特徴的に多く含まれ、他の哺乳動物の乳中では少ない糖鎖構造を多く含むことから、ヒト乳児と腸内細菌との関係を理解するうえで重要な研究対象となっています。
本研究では、まず GNB/LNBホスホリラーゼにより、原料となる供与体LNB-F を生成し、つづいて、LNT分解酵素の分解活性を低下させて、糖転移活性を維持させて改変した LnbX D418Sグライコシンターゼによって、LNB-Fをラクトースへ転移させることでLNTを合成しました。それぞれの反応特性と、二つの酵素反応が互いに干渉しにくい性質を活用し、2糖LNBを作る酵素と、その原料を２糖ラクトースに結合させる酵素を自ら作り、組み合わせた、2糖+2糖を結合させる新しい二酵素ワンポット合成法です。その結果、ラクトース濃度を200 mMに高めた条件で、LNTを9.62 mM生成し、Gal-1P初期量を基準とする見かけ収率として 49.1％ を達成しました。生成物は、HPAEC-PAD、LC-MS、NMR解析によりLNTであることが確認されました。
酵素法は、酵素が持つ高い基質特異性、位置選択性、立体選択性により、目的とする結合を選択的に形成できることが特徴です。また、水系溶媒中で温和な条件下に反応を進められる場合が多く、必要な原料のみを添加して反応を進められるため、環境負荷の低いホワイトバイオテクノロジーとして期待されています。本成果は、LNTを収容するポケットをもつ分解酵素を酵素エンジニアリングにより、LNTを合成する酵素へと改変できることを示すものです。ヒトミルクオリゴ糖の効率的な合成に向けた新たな基盤技術となることが期待されます。本成果は、2026年7月10日にGlycobiologyに掲載されました。