2018 Fiscal Year Annual Research Report
An artificial enzyme for improvement of enzymatic activity by irradiation of sun light.
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16K18296
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
中澤 光 東北大学, 工学研究科, 助教 (40584991)
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2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 光応答デバイス / 星形ナノ粒子 / セルラーゼ / セルロソーム / 蛋白質の安定化 / 粒子合成の安定性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、化石資源から代替資源へ転換が急務となっている。難分解かつ難溶解性固形物であるセルロース系バイオマスを用いる場合、分解酵素コストが嵩むため、厳密にコスト管理された工程で行うことが必要であり、酵素反応にボイラー熱源を使わない酵素反応環境が求められる。
本研究では、太陽光（自然光）を熱に変換する性質を持つ星形金ナノ粒子へ、我々が開発した酵素クラスター化設計を反映させ、太陽光応答的に局所反応温度向上させることによる酵素活性化を利用したボイラーを必要としないエコ炭素循環システム指向酵素デザインを提案した。
前々年度末までに、すでに目的の光応答デバイスが完成し順調な進展が見られていた。しかしながら前年度中に酵素の光応答活性化効果は安定して見られたものの、最も重要で、革新的な性質である粒子への酵素提示による酵素活性化効果（クラスター化効果）に関しては、活性化が観察できる場合とできない場合があった。不安定な活性化の原因究明と解決策の発見に焦点を絞り、最適酵素提示量が存在するということが明らかとなった。星形金ナノ粒子を安定した表面積で合成する技術開発が難しく、最適酵素量で酵素を付けられず、酵素が失活することが明らかとなったことから、牛血清アルブミンなどの吸着タンパク質をブロッキング剤として使うことである程度安定な合成を可能とした。最終年度には、星形金ナノ粒子よりも光応答高熱性の高い金ナノロッドやカーボンナノチューブを用いて酵素の提示を行ったが、活性の向上は見られなかった。これまでも粒子の粒径が大きいことで活性が向上しない例は見られているため、方針を変え、粒子の温度向上が70℃程度であることを踏まえ、耐熱性がある程度高くかつ活性の高い真菌由来セルラーゼの提示を試みた。その結果、大幅な活性向上に成功した。
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