培養と分離機能を統合化した生物生産プロセスの開発に関する共同研究

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07044152
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 東稔 節治 大阪大学, 基礎工学部, 教授 (40029418)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): PRENOSIL Jir ETHーZentrum, TechnishーChemish Laboratoriu, Instructor ; DUNN Irving ETHーZentrum, TechnishーChemish Laboratoriu, Assistant ; OBERHOLZER T ETHーZentrum, Institut fur Polymere, Assistant ; WALDA Peter ETHーZentrum, Institut fur Polymere, Privatdoze ; LUISI Pier L ETHーZentrum, Institut fur Polymere, Professor ; 菅 健一 大阪大学, 工学部, 教授 (20029250) ; 田谷 正仁 大阪大学, 基礎工学部, 助教授 (60144127) ; 久保井 亮一 大阪大学, 基礎工学部, 助教授 (40029567) ; 平田 雄志 大阪大学, 基礎工学部, 教授 (90029512) ; 駒沢 勲 大阪大学, 基礎工学部, 教授 (40029476)
• Keywords: 生物生産プロセス / 生物分離プロセス / 生体触媒反応 / 逆相ミセル / 自己増殖型リポソーム / マイクロバイオリアクター / 動植物細胞培養 / 低剪断撹拌培養

Research Abstract

本申請課題は,酵素,微生物、動植物細胞を対象とし,細胞培養と生産物分離を統合化した新規な生物生産プロセスの開発を目的とする。本年度は,平田(スイス),久保井(スイス,スペイン)および田谷(米国)の派遣と,P.L.LuisiおよびJ.E.Prenosilの招へいを実施するとともに,以下の成果を得た。
1.各種混合型逆相ミセルを調製し,ミクロ水相・界面の物理化学的特性,酵素-ミセル間とミセル-ミセル間の相互作用特性、酵素の溶解・分離特性および酵素-ミセル複合系の反応特性を定量的に評価した。
2.レシチン会合コロイドやミセル・リポソーム複合系,さらには自己増殖型リポソーム系など,マイクロバイオリアクターとしての分子集合体の調製手法を確立した。また,界面の物理化学的性質の調節によって,これら集合体内での反応と分離特性を改善・制御できることを示した。
3.撹拌槽型リアクターを用いて,降伏応力をもつ非ニュートン流体の流れを可視化し,レーザードップラー流速計による流動特性の定量的解析手法を確立した。また,低剪断撹拌において発生する流動域と非流動域の境界形状と大きさに及ぼす操作変数の効果を明確にした。さらに,実装置としてのバイオリアクター,バイオセパレーターを整理するとともに,動物細胞培養における低剪断・潅流操作の有効性を明かとした。
4.植物細胞を未分化細胞(カルス)と分化細胞(毛状根)に分けて整理した。いずれの場合でも,細胞に対する剪断応力の影響を配慮する必要があり,カルス細胞では膨張層型リアクターが,毛状根細胞に対しては半径流型リアクターが有効であることを示した。また,これらリアクターの操作条件を検討し,高密度細胞培養を達成した。さらに,リアクター内の溶存酸素濃度の制御により、代謝産物の分離・回収を行なう培養手法を確立した。

Research Products

• [Publications] M.A.Deshusses: "Behavior of biofilters for waste air biotreatment. 1.Dynamic model development" Environ.Sci.Technol.29. 1048-1058 (1995)
• [Publications] M.A.Deshusses: "Behavior of biofilters for waste air biotreatment. 2.Experimental evaluation of a Dynamic model" Environ.Sci.Technol.29. 1059-1068 (1995)
• [Publications] A.Khlebnikov: "Growth and productivity of Beta vulgaris cell culture in fluidized bed reactors" Bioprocess Eng.14. 51-56 (1995)
• [Publications] T.Oberholzer: "Polymerase chain reaction in liposomes" Chem.Biol.2. 677-682 (1995)
• [Publications] A.Hochkoepler: "Photochemistry of a photosynthetic reaction center immobilized in lipidic cubic phases" Biotechnol.Bioeng.46. 93-98 (1995)
• [Publications] T.Oberholzer: "Enzymatic RNA replication in self-reproducing vesicles : an approach to a minimal cell" Biochem.Biophy.Res.Commun.207. 250-257 (1995)
• [Publications] R.Wick: "Autocatalytic self-reproduction of giant vesicles" J.Am.Chem.Soc.117. 1435-1436 (1995)
• [Publications] E.Vaillo: "Development of a micellar biooptode membrane for an urea sensor" Analytical Methods and Instrumentation. 2. 145-153 (1995)
• [Publications] T.Omasa: "Enhancement of antibody production by growth factor addition in perfusion and hollow-fiber culture systerms" Biotechnol.Bioeng.48. 673-680 (1995)
• [Publications] Y.Yamada: "Effective bioconversion with continious product recovery using AOT/lecithin mixed reverse micellar systems and centrifugal partition chromatograpy as a novel bioreactor" Biotechnol.Prog.11. 682-688 (1995)
• [Publications] K.Shiomori: "Effective purification method of large molecular weight proteins using conventional AOT reverse micelles" J.Chem.Eng.Japan. 28. 803-809 (1995)
• [Publications] R.Kuboi: "Optimal disruption methods for the selective recovery of β-galactosidase from Escherichia coli" J.Ferment.Bioeng.79. 335-341 (1995)
• [Publications] R.Kuboi: "Purification process for heat shock protein using aqueous two-phase systems and PEG fractional precipitation" J.Chem.Eng.Japan. 28. 797-802 (1995)
• [Publications] M.Kino-oka: "Kinetic expression for pigment production in culture of red beet hairy roots" J.Chem.Eng.Japan. 28. 772-778 (1995)
• [Publications] M.Taya: "Growth characteristics of liverwort cells,Marchantia paleacea var.diptera,in a photoautotrophic suspension culture" J.Ferment.Bioeng.80. 580-585 (1995)
• [Publications] M.Masawaki: "Evaluation of molecular weight cut-off profiles of pH-responsive ultrafiltration membranes prepared under various casting conditions" J.Chem.Eng.Japan. 29. 180-183 (1996)
• [Publications] M.Masawaki: "Selective solvent extraction of ruberythric acid from madder roots and subsequent hydrolysis with β-glucosidase" J.Ferment.Bioeng.(in press). (1996)
• [Publications] Y.Hirata: "Formation and growth of cavern in yield stress fluids agitated under baffled and non-baffled conditions" Chemical Engineering Research and Design. (in press). (1996)
• [Publications] The Special Study Group for Biochemical Engineering: "Chemical engineering symposium series 44 biochemical engineering as a key technology for bioindustry" The Soc.of Chem.Engrs.Japan, 147 (1995)
• [Publications] A.Vassarotti: "Biotechnology research for innovation development and growth in Europe,final report vol.2" European Commission, 180 (1995)
• [Publications] G.Costa: "Conceptual tools for understanding nature" World Scientific Co., 250 (1995)
• [Publications] J.B.Snape: "Dynamics of environmental bioprocess : modeling and simulation" VCH, 199 (1995)
• [Publications] P.M.Doran: "Hairy roots" Harwood Academic Publishers (in press), (1996)