シアノフィシン

シアノフィシンは、CGP（シアノフィシン顆粒ポリペプチド）またはマルチ-L-アルギニル-ポリ（L-アスパラギン酸）としても知られており、アスパラギン酸の骨格とアルギニンの側鎖から構成される、非タンパク質で非リボソーム的に生成されるアミノ酸ポリマーです。

シアノフィシンは、1887年にイタリアの植物学者アントニーノ・ボルジによって初めて発見され、ほとんどのシアノバクテリアと、アシネトバクター属などの少数の従属栄養細菌に見られます。^{[ 1 ]}シアノフィシンは生理的条件下ではほとんど不溶性であり、リン酸または硫黄の飢餓時に細胞質に顆粒の形で蓄積され、一般的には定常期の初期および中期に蓄積されます。シアノフィシンは窒素およびおそらく炭素の貯蔵化合物として使用され、シアノバクテリアのヘテロシスト内の固定窒素の動的緩衝剤としても機能します。窒素と炭素は、細胞内シアノフィシナーゼによってアスパラギン酸-アルギニンジペプチドの形でシアノフィシンから動員されます。

シアノフィシンは、単一の酵素であるシアノフィシン合成酵素によって触媒されるATP依存性反応でアルギニンとアスパラギン酸から合成される。^{[ 2 ]}シアノフィシンは、ポリアスパラギン酸の供給源としてバイオテクノロジーにおいて有望である。シアノフィシンは、その特異な両性性質により、酸性（0.1 M HCl）およびアルカリ性条件下で水に溶解する。シアノフィシン合成酵素の異種発現により、大腸菌やコリネバクテリウム・グルタミカムなどのバイオテクノロジー的に重要な細菌でシアノフィシンを生産することができる。^{[ 3 ]}

不溶性CGPは容易に精製できるため、ほとんどの研究では中性pHで可溶なCGPの合成が見過ごされてきた。両者を比較すると、不溶性CGPは弱酸でのみ可溶化できるのに対し、可溶性CGPはアセトンまたはエタノールを用いた沈殿法で分離できる。^{[ 4 ]} 2014年にSteinbüchelとWiefelによる実験で、リジン残基の量がシアノフィシンの溶解度を調節できることが分かり、リジンのレベルが高いほど、ポリマーを水性溶媒で可溶化するために必要な温度が負の相関関係にあることが明らかになった。^{[ 4 ]}不溶性CGPと可溶性CGPは同じポリマー混合物から生じるため、別々のポリマーではなく、リジン残基の濃度が異なるシアノフィシン混合物の混合物として分類されると結論付けられた。

リジンがアルギニン側鎖を部分的に置換できる能力は、オルニチンやシトルリンなどのアミノ酸を用いたCGP変異体の研究を促した。リジン、オルニチン、シトルリンはすべて、シアノフィシン合成酵素（L-アスパラギン酸付加） CphAに対する親和性がある。 ^{[ 4 ]} Wiefel、Bröker、Steinbüchelは、シトルリン産生株を導入することでシトルリンを豊富に含むシアノフィシンを生産できることを実証する実験を行った。^{[ 5 ]}また、不溶性CGPはごく微量のシトルリンしか示さないのに対し、可溶性CGPは高濃度のシトルリンを生産できることも判明した。この傾向はオルニチンについても同様である。