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Molecular spinning of nanofiber proteins

Research Project

Project/Area Number 21H01727
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 27040:Biofunction and bioprocess engineering-related
Research InstitutionNagahama Institute of Bio-Science and Technology (2022-2023)
Nagoya University (2021)

Principal Investigator

Ishikawa Masahito  長浜バイオ大学, バイオサイエンス学部, 准教授 (70750602)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 神谷 典穂  九州大学, 工学研究院, 教授 (50302766)
堀 克敏  名古屋大学, 工学研究科, 教授 (50302956)
南畑 孝介  九州大学, 工学研究院, 助教 (90648586)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2021: ¥8,320,000 (Direct Cost: ¥6,400,000、Indirect Cost: ¥1,920,000)
Keywordsナノファイバータンパク質 / タンパク質ポリマー / タンパク質繊維素材 / SpyCatcher/SpyTag / タンパク質性繊維素材 / ナノファーバータンパク質
Outline of Research at the Start

紡績では、短い繊維同士を互いが絡みつくよう一体化させて糸にする。本研究では、細菌性ナノファイバータンパク質AtaAを一体化し糸にする技術基盤の開発、すなわち、AtaAの分子紡績の技術基盤の開発を目指す。AtaA組換えタンパク質の末端に共有結合形成を促進するペプチド配列を導入し連結することで多量化する。導入するペプチドタグ・リンカー配列、反応条件を最適化することで糸状にすることを試みる。柔軟かつ強靭という力学特性を有するAtaAを基盤材料にすることにより新規繊維素材の開発につなげる。

Outline of Final Research Achievements

In spinning, short fibers are intertwined and integrated into yarn. This study aimed to develop the technological foundation for molecular spinning of the bacterial nanofiber protein AtaA, namely, the development of technology to integrate AtaA into yarn. Mechanical property analysis of the recombinant AtaA identified a robust domain of AtaA. By introducing peptide sequences that promote covalent bond formation or utilizing the SpyCatcher/SpyTag system at the ends of the recombinant AtaA, we achieved the multimerization of AtaA. We examined the coupling reactions and identified conditions to create larger structures. Basic knowledge was obtained for purifying fiber-shaped proteins and connecting them via covalent bonds to form larger structures.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

脱炭素社会の実現に向け、再生可能な資源に由来する繊維素材の需要が高まっている。例えばクモ糸は鋼鉄の4倍の強度を持ちながらも柔軟な繊維として期待され、人工クモ糸の研究開発がされている。ただし、人工クモ糸だけで、石油を原料とする化学合成繊維の全てを代替できるわけではない。石油に依存しない未来を見据え、持続可能な繊維の研究開発は継続していく必要がある。本研究では極めて知見の少ないナノファイバータンパク質を連結して繊維素材へと改変するための基礎研究を実施した。本研究の成果はユニークな特性を有するナノファイバータンパク質から、天然のタンパク質性繊維を超える素材を創出するための指針を与えるものと期待する。

Report

(4 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (11 results)

All 2024 2023 2021

All Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 3 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 3 results)

  • [Journal Article] Electrochemical Monitoring of Metabolic Activity of Methane/Methanol Conversing <i>Methylococcus Capsulatus</i> (Bath) Cells Based on Extracellular Electron Transfer2024

    • Author(s)
      SUGIMOTO Kugako、HORI Katsutoshi、ISHIKAWA Masahito、ITO Hidehiro、KAMACHI Toshiaki、TANAKA Kenya、CHEN Yan-Yu、NAKANISHI Shuji
    • Journal Title

      Electrochemistry

      Volume: 92 Issue: 2 Pages: 022007-022007

    • DOI

      10.5796/electrochemistry.23-68120

    • ISSN
      1344-3542, 2186-2451
    • Year and Date
      2024-02-06
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Identification of the adhesive domain of AtaA from Acinetobacter sp. Tol 5 and its application in immobilizing Escherichia coli2023

    • Author(s)
      Yoshimoto Shogo、Aoki Sota、Ohara Yuki、Ishikawa Masahito、Suzuki Atsuo、Linke Dirk、Lupas Andrei N.、Hori Katsutoshi
    • Journal Title

      Frontiers in Bioengineering and Biotechnology

      Volume: 10 Pages: 1095057-1095057

    • DOI

      10.3389/fbioe.2022.1095057

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Growth phase-dependent production of the adhesive nanofiber protein AtaA in Acinetobacter sp. Tol 52023

    • Author(s)
      Ishikawa Masahito、Nakatani Hajime、Hori Katsutoshi
    • Journal Title

      Journal of Bioscience and Bioengineering

      Volume: 135 Issue: 3 Pages: 224-231

    • DOI

      10.1016/j.jbiosc.2022.12.012

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Development of a Biocontained Toluene-Degrading Bacterium for Environmental Protection2021

    • Author(s)
      Ishikawa Masahito、Kojima Takaaki、Hori Katsutoshi
    • Journal Title

      Microbiology Spectrum

      Volume: 9 Issue: 1

    • DOI

      10.1128/spectrum.00259-21

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Ultra-large artificial protein fiber formation via end-selective crosslinking of fibrous proteins2024

    • Author(s)
      Ayasa Nagatani, Kosuke Minamihata, Masahito Ishikawa, Shogo Yoshimoto, Katsutoshi Hori, Noriho Kamiya
    • Organizer
      ISBC2024
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 細菌細胞を付着・集合させる遺伝子を読んで・壊して・利用して2023

    • Author(s)
      石川聖人
    • Organizer
      第7回分子サイバネティクス・第51回分子ロボティクス定例研究会(オンライン)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Genetic modification in a noncompetent gram-negative bacterium Acinetobacter sp. Tol 5 for electroporation-based transformation and genome editing2023

    • Author(s)
      Masahito Ishikawa, Katsutoshi Hori
    • Organizer
      ASBA2023
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 人工タンパク質繊維に向けた繊維状タンパク質重合反応の基礎検討2023

    • Author(s)
      長谷彩沙、南畑孝介、石川聖人、吉本将悟、堀克敏、神谷典穂
    • Organizer
      化学工学会 第54回秋季大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 繊維状タンパク質の両末端連結反応を基盤とした人工繊維の形成2023

    • Author(s)
      長谷彩沙、南畑孝介、石川聖人、吉本将悟、堀克敏、神谷典穂
    • Organizer
      第75回日本生物工学会大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 「環境にあってはならない物質」に依存させる生物学的封じ込め2023

    • Author(s)
      堀 克敏、石川 聖人
    • Organizer
      日本農芸化学会2023年度大会(招待講演)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] バイオインフォマティクスチョットワカル2023

    • Author(s)
      石川 聖人
    • Organizer
      日本生物工学会バイオインフォマティクス相談部会 記念フォーラム
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited

URL: 

Published: 2021-04-28   Modified: 2025-01-30  

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