非天然アミノ酸とは、動植物に存在しない、自然界では稀少である、または人工的に合成されたアミノ酸を指します。これらは天然アミノ酸の誘導体であり、主に2つのカテゴリに分類されます。1つは、D-アラニン、D-フェニルアラニン、D-セリンなど、天然アミノ酸と構造が似ており、反対の配置に反映されているアミノ酸類似体です。もう1つは、天然アミノ酸と構造がまったく異なるアミノ酸代替物です。
非天然アミノ酸は、多様な側鎖基と立体化学的性質を持っています。科学技術の発展と推進により、医療、食品、キラル合成など、多くの分野で広く使用されています。カルボニル、アジド、アルキニル、アルケニル、アミド、ニトロ、リン酸、スルホン酸などのUAAが持つ多様な官能基により、タンパク質はより複雑で多様な修飾反応を受けることができます。UAAは特異
性が強く、タンパク質の元の構造にほとんど影響を与えないため、タンパク質の構造と動的構造を研究するための強力なツールになります。例えば、タンパク質の重要な部位にフッ素化アミノ酸を導入すると、核磁気共鳴におけるタンパク質の信号を効果的に観察できるため、データ収集と分析のプロセスが簡素化されます。また
、非天然アミノ酸の導入により、pHや温度安定性など、タンパク質の物理的および化学的特性が変化する可能性があります。実際のアプリケーションでは、UAAは酵素の活性と安定性の向上など、酵素のパフォーマンスを効果的に向上させることが証明されています。たとえば、ホスホトリエステラーゼの309番目の天然チロシンをL-（7-ヒドロキシクマリン-4-イル）エチルグリシンまたはL-（7-メチルクマリン-4-イル）エチルグリシンに置き換えると、パラオキソンの加水分解に対する酵素の触媒活性が、元の高効率に基づいてさらに8〜11倍増加します。さらに、フッ素化アミノ酸を組み込むと、酵素の熱安定性が大幅に向上します。たとえば、パラフルオロフェニルアラニンホスファターゼは、60°Cの高温でも影響を受けずに正常に機能します。
UAA はバイオ医学の分野で幅広い応用の見通しがあり、国内外で合成ペプチドやペプチド様薬物の主成分でもあります。
ペニシリンの発見以来、抗生物質は数え切れないほどの命を救い、20 世紀の最も重要な医学的成果の 1 つとして称賛されています。しかし、人間と動物の健康における抗生物質の過剰使用により、抗生物質耐性菌、特に多剤耐性の「スーパー細菌」が出現し、人間と動物の健康に深刻な脅威をもたらしています。
抗菌ペプチド（AMP）は、抗菌活性を持つ基本的なポリペプチド物質の一種で、その幅広い抗菌特性と特定の薬剤耐性病原体に対する致死性で注目を集めています。非天然アミノ酸の多様な構造は、抗菌ペプチド中の天然アミノ酸を置換した後、AMPの構造と機能（疎水性、電荷密度、活性など）を大幅に変えることができます。Kangの研究グループは、Cbf-14ペプチドのリジンをオルニチンに置換することで、ペニシリン耐性細菌に対する抗菌活性を大幅に向上させただけでなく、哺乳類細胞に対する細胞毒性も低減しました。非天然アミノ酸は、抗菌ペプチドのC末端またはN末端を修飾することで、抗菌効果、細胞選択性、ペプチド安定性を高めることもできることも特筆に値します。たとえば、N-アセチル化修飾は、W-MreBの抗菌効果と安定性を大幅に向上させました。
非天然アミノ酸は、バイオメディカル分野で幅広い用途があるだけでなく、優れた有機触媒特性も示しています。それらは有機触媒として作用し、他の触媒方法と比較して一般に無毒で安定しており、湿気や空気の影響を受けにくく、多くの官能基に対して良好な耐性を示します。
不斉合成の分野では、α-非天然アミノ酸は金属触媒を効果的に置き換えて、効率的な不斉合成反応を実現できます。Barbas
チームは、（2S、4R）-4-ヒドロキシプロリンを触媒として使用し、直鎖脂肪アルデヒドとイミンの間のマンニッヒ反応を触媒することに成功し、優れた収率と立体選択性を備えたマンニッヒ塩基を得ました。
さらに、トランス-4-ヒドロキシプロリンエステルは両親媒性であり、界面活性剤でもあります。Zhong 氏のチームはこの特性を利用して、エマルジョン システムにおけるシクロヘキサノンと芳香族アルデヒドの不斉縮合反応を触媒しました。この戦略は、立体選択性が高いだけでなく、良好な反応収率も達成し、不斉合成のための新しい強力なツールを提供します。
非天然アミノ酸の別のクラスである L-tert-ロイシンとその誘導体も、不斉合成を触媒する能力を示し、シクロヘキサノンと芳香族アルデヒドの不斉縮合反応を良好な収率と立体選択性で効果的に触媒します。
非天然アミノ酸は幅広く使用されており、多くの分野で重要な価値と幅広い可能性を持つ化合物です。その合成プロセスは非常に困難ですが、科学技術の継続的な進歩により、将来的には効率的でグリーンな合成方法が確実に開発され、非天然アミノ酸分野の継続的な発展が促進されます。
Haofan Bioは長年にわたり非天然アミノ酸の研究開発に深く関わっており、現在数百種類の非天然アミノ酸製品を保有しています。次の表は、非天然アミノ酸製品の一部を示しています。ご要望のあるお客様は、お気軽にお問い合わせください。
参考文献：
[1] Zhao Mei、Liu Xinyuan、Qi Xianghui、et al。非天然アミノ酸に基づくタンパク質合成の研究進歩[J]。食品および発酵産業。2024、8。
[2] Li Haining、Zhang Hongbing、Jia Zhenhua、et al。非天然アミノ酸の応用と生合成戦略[J]。バイオテクノロジー速報。 2023, 39, 43-55.
[3] Narancic, T.; Almahboub, SA; O'Connor, KE 非天然アミノ酸：生産とバイオテクノロジーの可能性[J]. World J Microbiol Biotechnol. 2019, 35, 67.
[4] Wang, XH; Yang, XM; Wang, QE; Meng, DM 非天然アミノ酸：新しい抗菌ペプチドの開発への有望な影響[J]. Critical Reviews in Microbiology. 2023, 49, 231-255.
[5] Agirre, M.; Arrieta, A.; Arrastia, I.; et al. 非天然α-アミノ酸から誘導される有機触媒：範囲と用途[J]. Chem. Asian J. 2019, 14, 44-66.
[6] Zhong, L.; Gao, Q.; Li, C.; et al. エマルジョン液滴界面に集積したキラル触媒による直接触媒不斉アルドール反応[J]. J. Catal. 2007, 250,360-364.
