Development of an efficient system for protein synthesis using vesicular bioreactors

• Project/Area Number: 19760559
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Biofunction/Bioprocess
• Research Institution: National Agricultural Research Organization
• Principal Investigator: KUROIWA Takashi National Agricultural Research Organization, 食品総合研究所, 契約研究員 (60425551)
• Project Period (FY): 2007 – 2008
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2008)
• Budget Amount: ¥3,460,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2008: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2007: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
• Keywords: バイオリアクター / 酵素反応 / バイオテクノロジー / ベシクル / マイクロバイオプロセス

Research Abstract

効率的な無細胞タンパク質合成のためのバイオリアクター開発を目指して、脂質二分子膜からなる閉鎖小胞体であるベシクルを反応場とする新規なバイオリアクターシステムについて検討した。均一径エマルションを基材として細胞サイズのベシクルに効率よく酵素や反応成分を封入できるベシクル作製法"脂質被覆氷滴水和法"を開発し、従来法では効率的な内包化が困難であった親水性物質の内包効率を飛躍的に高めることができた。さらに、酵素を封入したベシクルを利用して、ベシクル内で選択的な生化学反応系を構築でき、さらにフローサイトメトリーを利用して多量のベシクル内で並列的に進行する反応を迅速に分析する手法を開発できた。以上の成果は、既存法では合成効率の低い種々のタンパク質の効率的な合成システムの実現に大いに寄与すると期待される。

Research Products

• [Journal Article] 高い物質内包効率とサイズ制御を実現するリポソームの新規作製法とその利用 (2009)
  • Author(s): 市川創作, 黒岩崇
  • Journal Title: 化学装置 51 (2) Pages: 10-13
• [Journal Article] 高い物質内包効率とサイズ制御を実現するリポソームの新規作製法とその利用 (2009)
  • Author(s): 市川創作、黒岩 崇
  • Journal Title: 化学装置 51 Pages: 10-13
• [Journal Article] 物質内包ジャイアントベシクルの効率的作製とこれを利用したベシクル内マイクロバイオリアクションシステムの開発 (2008)
  • Author(s): 黒岩崇, 市川創作
  • Journal Title: Membrane 33 (6) Pages: 294-299
  • NAID: 10026876747
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Novel method for obtaining homogeneous giant vesicles from a monodisperse water-in-oil emulsion prepared with a microfluidic device (2008)
  • Author(s): Shinji Sugiura, Takashi Kuroiwa, Tetsuro Kagota, Mitsutoshi Nakajima, Seigo Sato, Sukekuni Mukataka, Peter Walde, Sosaku Ichikawa
  • Journal Title: Langmuir 24 (9) Pages: 4581-4588
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 単分散エマルションを基材とした新規ベシクル調製法によるサイズ制御と内包率の向上 (2008)
  • Author(s): 市川創作, 黒岩崇
  • Journal Title: Yakugaku Zasshi 128 (5) Pages: 681-686
  • NAID: 110006668261
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 物質内包ジャイアントベシクルの効率的作製とこれを利用したベシクル内マイクロバイオリアクションシステムの開発 (2008)
  • Author(s): 黒岩 崇、市川創作
  • Journal Title: Membrane(膜) 33 Pages: 294-299
  • NAID: 10026876747
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Novel method for obtaining homogeneous giant vesicles from a monodisperse water-in-oil emulsion prepared with a microfluidic device (2008)
  • Author(s): Shinji Sugiura、ほか7名
  • Journal Title: Langmuir 24 Pages: 4581-4588
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 単分散エマルションを基材とした新規ベシクル調製法によるサイズ制御と内包率の向上 (2008)
  • Author(s): 市川創作、黒岩 崇
  • Journal Title: Yakugaku Zasshi(薬学雑誌) 128 Pages: 681-686
  • NAID: 110006668261
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Preparation of giant vesicles larger than 30 μm that entrap a model hydrophilic substance using a size-controlled water-in-oil emulsion (2007)
  • Author(s): Takashi Kuroiwa, Mitsutoshi Nakajima, Seigo Sato, Sukekuni Mukataka, Sosaku Ichikawa
  • Journal Title: Membrane 32 (4) Pages: 229-233
  • NAID: 10019583213
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Preparation of giant vesicles larger than 30 μm that entrap a model hydrophilic substance using a size-controlled water-in-oil emulsion (2007)
  • Author(s): 黒岩崇、ほか4名
  • Journal Title: Membrane(膜) 32 Pages: 229-233
  • NAID: 10019583213
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Controlled preparation of giant vesicles from uniform water droplets obtained by microchannel emulsification with bilayer-forming lipids as emulsifiers
  • Author(s): Takashi Kuroiwa, Hisato Kiuchi, Kazuki Noda, Isao Kobayashi, Mitsutoshi Nakajima, Kunihiko Uemura, Seigo Sato, Sukekuni Mukataka, Sosaku Ichikawa
  • Journal Title: icrofluid. Nanofluid., in press.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Production of monodisperse water-in-oil emulsions consisting of highly uniform droplets using asymmetric straight-through microchannel arrays
  • Author(s): Isao Kobayashi, Yoichi Murayama, Takashi Kuroiwa, Kunihiko Uemura, Mitsutoshi Nakajima
  • Journal Title: Microfluid. Nanofluid., in press.
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 多相エマルションを基材とした脂質カプセル作製における水相組成の影響 (2009)
  • Author(s): 黒岩 崇、ほか3名
  • Organizer: 化学工学会第74年会
  • Place of Presentation: 横浜国立大学
  • Year and Date: 2009-03-19
• [Presentation] 多相エマルションを基材とした脂質カプセル作製における水相組成の影響 (2009)
  • Author(s): 黒岩崇ら
  • Organizer: 化学工学会第74年会
  • Place of Presentation: 横浜国立大学(横浜市)
• [Presentation] Efficient preparation of vesicles that encapsulate water-soluble ingredients : the lipid-coated ice droplet hydration method (2008)
  • Author(s): Takashi Kuroiwa、ほか5名
  • Organizer: The 14th World Congress of Food Science and Technology
  • Place of Presentation: Shanghai Everbright Convention & Exhibition Center (Shanghai, China)
  • Year and Date: 2008-10-23
• [Presentation] 多相エマルションからの液中乾燥法による高内包率脂質カプセルの調製 (2008)
  • Author(s): 黒岩 崇、ほか3名
  • Organizer: 化学工学会第40会秋季大会
  • Place of Presentation: 東北大学
  • Year and Date: 2008-09-26
• [Presentation] A simultaneous enzymatic microreaction inside giant vesicles : the system construction and its reaction properties (2008)
  • Author(s): Takashi Kuroiwa、ほか6名
  • Organizer: 7th European Symposiun on Biochemical Engineering Science
  • Place of Presentation: University of Algarve (Faro, Portugal)
  • Year and Date: 2008-09-07
• [Presentation] 多相エマルションを利用した脂質カプセルへの親水性物質の高効率内包化 (2008)
  • Author(s): 黒岩 崇、ほか3名
  • Organizer: 日本食品工学会第9回年次大会
  • Place of Presentation: 東京海洋大学
  • Year and Date: 2008-08-06
• [Presentation] A novel preparation method of giant vesicles that are suitable to be utilized as microbiocompartments - the lipid-coated ice droplet hydration method (2008)
  • Author(s): Takashi Kuroiwa、ほか5名
  • Organizer: 11th Liposome Research Days Conference
  • Place of Presentation: Yokohama Symposia (Yokohama, Japan)
  • Year and Date: 2008-07-20
• [Presentation] 脂質被覆氷滴水和法による酵素内包ジャイアントベシクルの作製とその反応特性評価 (2008)
  • Author(s): 黒岩 崇、ほか6名
  • Organizer: 日本膜学会第30年会
  • Place of Presentation: 東京理科大学
  • Year and Date: 2008-05-14
• [Presentation] Efficient preparati on of vesicles that encapsulate water-solub le ingredients: the lipid-coated ice droplet hydration method (2008)
  • Author(s): Takashi Kuroiwa et al.
  • Organizer: The 14th World Congre ss of Food Science and Technology
  • Place of Presentation: Shan ghai Everbright Convention & Exhibition Center (Shanghai, China)
• [Presentation] 多相エマルションからの液中乾燥法による高内包率脂質カプセルの調製 (2008)
  • Author(s): 黒岩崇ら
  • Organizer: 化学工学会第40回秋季大会
  • Place of Presentation: 東北大学(仙台市)
• [Presentation] A simultaneous enzymatic microreaction inside giant vesicles: the system construction and its reaction properties (2008)
  • Author(s): Takashi Kuroiwa et al.
  • Organizer: 7th European Symposiun on Biochemical Engineering Science
  • Place of Presentation: University of Algarve (Faro, Portugal)
• [Presentation] 多相エマルションを利用した脂質カプセルへの親水性物質の高効率内包化 (2008)
  • Author(s): 黒岩崇ら
  • Organizer: 日本食品工学会第9回年次大会
  • Place of Presentation: 東京海洋大学(品川区)
• [Presentation] A novel preparation method of giant vesicles that are suitable to be utilized as microbiocompartments- the lipid-coated ice droplet hydration method (2008)
  • Author(s): Takashi Kuroiwa et al.
  • Organizer: 11th Liposome Research Days Conference
  • Place of Presentation: Yokohama Symposia (Yokohama, Japan)
• [Presentation] 脂質被覆氷滴水和法による酵素内包ジャイアントベシクルの作製とその反応特性評価 (2008)
  • Author(s): 黒岩崇ら
  • Organizer: 日本膜学会第30年会
  • Place of Presentation: 東京理科大学(新宿区)
• [Presentation] Improved encapsulation of water-soluble materials into giant vesicles using size-controlled water-in-oil emulsions (2007)
  • Author(s): 黒岩崇、ほか5名
  • Organizer: The 36th Annual Meeting of US/Japan Cooperative Program in Natural Resources Food and Agricalture Panel
  • Place of Presentation: つくば国際会議場(茨城県つくば市)
  • Year and Date: 2007-10-23
• [Presentation] Improved encapsu lation of water-soluble materials into giant vesicles using size-controlled water-in-oil emulsions. (2007)
  • Author(s): Takashi Kuroiwa et al.
  • Organizer: The 36th Annual Meeting of U S/Japan Cooperative Program in Natural R esources Food and Agricalture Panel
  • Place of Presentation: Epoc hal Tsukuba(Tsukuba, Japan)
  • Year and Date: 2007-10-22
• [Presentation] 均一径エマルションを利用したセルサイズベシクルへの生体高分子の内包化 (2007)
  • Author(s): 黒岩崇、ほか5名
  • Organizer: 日本生物工学会平成19年度大会
  • Place of Presentation: 広島大学(広島県東広島市)
  • Year and Date: 2007-09-26
• [Presentation] 均一径エマルションを利用した水溶性物質内包ジャイアントベシクルの粒径制御 (2007)
  • Author(s): 黒岩崇、ほか5名
  • Organizer: 化学工学会第39回秋季大会
  • Place of Presentation: 北海道大学(北海道札幌市)
  • Year and Date: 2007-09-14
• [Presentation] 単分散エマルションからのジャイアントベシクル調製プロセスにおける内包率の向上 (2007)
  • Author(s): 黒岩崇、ほか5名
  • Organizer: 日本膜学会第29年会
  • Place of Presentation: 東京理科大学(東京都新宿区)
  • Year and Date: 2007-05-10
• [Presentation] 均一径エマルションを利用したセルサイズベシクルへの生体高分子の内包化 (2007)
  • Author(s): 黒岩崇ら
  • Organizer: 日本生物工学会平成19年度大会
  • Place of Presentation: 広島大学(東広島市)
• [Presentation] 均一径エマルションを利用した水溶性物質内包ジャイアントベシクルの粒径制御 (2007)
  • Author(s): 黒岩崇ら
  • Organizer: 化学工学会第39回秋季大会
  • Place of Presentation: 北海道大学(札幌市)
• [Presentation] 単分散エマルションからのジャイアントベシクル調製プロセスにおける内包率の向上 (2007)
  • Author(s): 黒岩崇ら
  • Organizer: 日本膜学会第29年会
  • Place of Presentation: 東京理科大学(新宿区)
• [Book] Chapter 12, Preparation characteristics of giant vesicles with controlled size and high entrapment efficiency using monodisperse water-in-oil emulsions. Emulsion Science and Technology (2009)
  • Author(s): Takashi Kuroiwa, et al.
  • Publisher: Wiley-VCH, Weinheim
• [Book] Emulsion Science and Technology (2009)
  • Author(s): Takashi Kuroiwa、ほか5名(分担執筆、Tadros, T. F. 編)
  • Total Pages: 326
  • Publisher: Wiley VCH
• [Patent(Industrial Property Rights)] ベシクルの製造方法、この製造方法によって得られるベシクルおよびベシクルを製造するためのW/O/Wエマルション (2008)
  • Inventor(s): 市川創作、黒岩崇
  • Industrial Property Rights Holder: 筑波大学
  • Industrial Property Number: 2008-135009
  • Filing Date: 2008
• [Patent(Industrial Property Rights)] ベシクルの製造方法、この製造方法によって得られるベシクルおよびベシクルを製造するためのW/O/Wエマルション (2008)
  • Inventor(s): 市川創作、黒岩 崇
  • Industrial Property Rights Holder: 筑波大学
  • Industrial Property Number: 2008-135009
  • Filing Date: 2008-05-23
• [Patent(Industrial Property Rights)] シクルの製造方法、この製造方法によって得られるベシクル、ベシクルの製造に用いられる凍結粒子の製造方法 (2007)
  • Inventor(s): 市川創作、黒岩崇
  • Industrial Property Rights Holder: 筑波大学
  • Acquisition Date: 2007