磁気ビーズを利用した膜活性ペプチドの二次構造網羅的解析技術の開発

• Project/Area Number: 17686073
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Biofunction/Bioprocess
• Research Institution: Tokyo University of Agriculture and Technology
• Principal Investigator: 田中 剛 Tokyo University of Agriculture and Technology, 大学院・共生科学技術研究院, 准教授 (20345333)
• Project Period (FY): 2005 – 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥27,690,000 (Direct Cost: ¥21,300,000、Indirect Cost: ¥6,390,000); Fiscal Year 2007: ¥6,890,000 (Direct Cost: ¥5,300,000、Indirect Cost: ¥1,590,000); Fiscal Year 2006: ¥8,320,000 (Direct Cost: ¥6,400,000、Indirect Cost: ¥1,920,000); Fiscal Year 2005: ¥12,480,000 (Direct Cost: ¥9,600,000、Indirect Cost: ¥2,880,000)
• Keywords: 磁気ビーズ / ランダムペプチドライブラリー / 抗菌活性 / 両親媒性 / 脱離ペプチド / 磁気微粒子 / 膜結合ペプチド / 二次構造予測 / 磁性細菌粒子 / 溶菌活性

Research Abstract

5残基〜20残までのペプチドライブリーから各種質膜との相互作用が認められるペプチドを網羅的にスクリーニングし、配列、疎水性度、電荷、水溶液/膜中での二次構造を決定したデータベースを構築した。これらを基にH17年度にはペプチドの真正細菌膜、真菌・真核細胞膜、及び核膜に対する生物活性を評価し、大腸菌、枯草菌、真菌(酵母)に対して抗菌活性を示すことを明かとした。さらに、H18年度においてホスファチジルエタノールアミン(PE)で被覆した磁気ビーズを用いて取得した抗菌活性ペプチドについてはSPR解析によりルホスファチジルセリンやホスファチジルコリンと比較してPEに対して選択的に結合することが示された。
抗菌活性ペプチドの作用機序は静電的な膜への結合と疎水相互作用に基づく細胞膜への挿入に由来することが考えられ、抗菌活性ペプチド・性状は塩基性且つ親水性の両親媒性を特徴としたものに限られていた。このようなペプチド性状の偏りはペプチドのスクリーニング条件によるバイアスによることが考えられた。そこでより網羅的な膜活性ペプチドの取得を目的として、膜への結合性だけではなく、膜からの脱離を特徴とするペプチドのスクリーニングを行った。中性pH、25℃において膜へ結合したペプチドに対して、加温(37℃)、アルカリ添加(弱アルカリ性)、またはグリセロール添加などの穏和な条件変化によって膜から脱離するペプチドの探索を行った。その結果、25℃においてはPEを主成分とするリン脂質二重膜に強固に結合しているが、37℃において効率的に膜から脱離する脱離ペプチドが見いだされた。これらの挙動は熱揺らぎに伴うペプチドの膜界面での構造変化に由来するものであると考えられた。膜への結合性と脱離能を併せ持つ脱離ペプチドを取得したことで、環境微生物の濃縮や検出への応用が考えられる。具体的にはペプチドを固相化した磁気ビーズで環境微生物を磁気濃縮するとともに、加温(37℃)することにより、磁気ビーズ表面から微生物を効率的に脱離するが可能になると考えられ、環境中からの微生物濃縮及び検出が実現できると期待される。

Research Products

• [Journal Article] Controlled Formation of Magnetite Crystal by Partial Oxidation of Ferrous Hydroxide in the Presence of Recombinant Magnetotactic Bacterial Protein Mms6 (2007)
  • Author(s): Yosuke Amemiya, et. al.
  • Journal Title: Biomaterials 28 Pages: 5381-5389
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electrochemical Detection of HbA_lc Using Flow Immunoaccay System Toward Development of Point of Care Testing Device for Diabetes Markers (2007)
  • Author(s): Tsuyoshi Tanaka, et. al.
  • Journal Title: Biosensors & Bioelectronics 22 Pages: 2051-2056
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Automated DNA extraction from genetically modified maize using amine modified bacterial magnetic particles (2006)
  • Author(s): Hiroyuki Ota et al.
  • Journal Title: Journal of Biotechnology 125・3 Pages: 361-368
• [Journal Article] Capture and release of DNA using amino silane modified bacterial magnetic particles for an automated detection system of single nucleotide polymorphisms (2006)
  • Author(s): Takahito Nakagawa et al.
  • Journal Title: Biotechnology ＆ Bioengineering 94・5 Pages: 862-868
• [Journal Article] Novel detection system for biomolecules using nano-sized bacterial magnetic particles and magnetic force microscopy. (2005)
  • Author(s): Yosuke Amemiya, Tsuyoshi Tanaka, Brandon Yoza, Tadashi Matsunaga
  • Journal Title: Journal of Biotechnology 120(3) Pages: 308-314
• [Presentation] 遺伝子検査用POCバイオセンサの開発 (2008)
  • Author(s): 田中 剛
  • Organizer: 電気化学会75回大会
  • Place of Presentation: 山梨大学
  • Year and Date: 2008-03-29
• [Presentation] Bio-Inspired Crystal Growth of Nano-Sized Magnetite (2007)
  • Author(s): 田中 剛
  • Organizer: 7th Pacific Rim Conferenceon Ceramic and Glass Technology
  • Place of Presentation: Shanghai International Convention Center
  • Year and Date: 2007-11-13
• [Presentation] 生物ナノ磁石の生成機構解析とその応用 (2007)
  • Author(s): 田中 剛
  • Organizer: 分子研研究会「生細胞の分子科学」
  • Place of Presentation: 岡崎コンファレンスセンター
  • Year and Date: 2007-05-22
• [Book] ブレインテクノニュース (2006)
  • Author(s): 松永 是, 田中 剛
  • Total Pages: 4
  • Publisher: 生体分子のデジタル精密計測-ライフサーベイヤ
• [Patent(Industrial Property Rights)] 核酸の抽出方法 (2007)
  • Inventor(s): 松永 是, 田中 剛
  • Industrial Property Rights Holder: 東京農工大学
  • Industrial Property Number: 2007-234914
  • Filing Date: 2007-09-11