電荷相互作用に基づく無機材料選択的結合ペプチドの合理的設計法

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K05035
• Research Institution: Nippon Institute of Technology
• Principal Investigator: 福田 めぐみ 日本工業大学, 基幹工学部, 准教授 (00589765)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐野 健一 日本工業大学, 基幹工学部, 教授 (80321769)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: ペプチド / 材料認識

Outline of Annual Research Achievements

特定の無機材料に吸着・結合する指向性をもつペプチドのアミノ酸配列の導出作業の軽減と導出時間の短縮のため、無機材料表面の電荷とペプチド内の荷電アミノ酸の相互作用が指向性を支配するという観点から、材料がもつ電荷に基づいた合理的なアミノ酸配列を設計する新しいアプローチの開発を目指している。
本研究では、材料のゼータ電位にもとづきその材料の指向性ペプチドのアミノ酸配列を導出する。これを実現するため、まずペプチド内の荷電アミノ酸の電荷と材料表面の電荷との相互作用の強さを明らかにする。正と負の各単一電荷材料と正負の電荷が混在した材料上で、荷電アミノ酸をもつペプチドの吸着強さと吸着量を評価する。そこで、リン酸緩衝液中でのペプチドの分散性を検討し、本研究で評価する基本となるアミノ酸配列と荷電アミノ酸に置換する場所を決定した。そして、イオン交換クロマトグラフィーで塩濃度グラジエントをかけ単一電荷材料上でのペプチドの吸着強さの評価に取り組んだ。さらに、正と負の混在した電荷をもつ金属ナノ粒子を分散した緩衝液にペプチドを添加し、ゼータ電位の変化よりペプチドの吸着の有無も評価した。その結果、強い負のゼータ電位を示す金属ナノ粒子でも酸性アミノ酸が吸着することがわかった。また、単一電荷材料上では同程度の吸着強さを示すペプチド種が、電荷混在材料上では吸着量が異なるなど、吸着する材料表面の電荷分布状態が荷電アミノ酸の吸着強さに影響していることをこれまでに明らかにしている。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

初年度は、まず吸着力評価用ペプチドとして使用するアミノ酸配列を決定するとしていた。そして、荷電アミノ酸の電荷と材料表面の電荷との相互作用力の解明のため、正と負の単一電荷材料上でのペプチドの吸着強さのイオン交換クロマトグラフィーによる評価と、ゼータ電位測定による正負の電荷が混在した材料上でのペプチドの吸着量評価をする予定であった。実際には、ペプチドの分散性とイオン交換クロマトグラフィーでの検出結果から、吸着力評価用ペプチドのアミノ酸配列を決定できたが、初年度に納入されたペプチドの種類が少なく、イオン交換クロマトグラフィーによる吸着強さとゼータ電位測定による吸着量の評価を予定通り進められなかった。

Strategy for Future Research Activity

ペプチドが納品され次第速やかに実験を進める。そして、実験結果をもとに荷電アミノ酸の組み合わせと導入位置の最適化をはかり研究を推進する。

Causes of Carryover

理由①：超音波ホモジナイザーと冷凍庫、イオン交換用クロマトグラフィーカラムが当初の予定額より安価に購入できたことにより生じたものである。
理由②：合成ペプチドの納品が遅れたことにより、ペプチドのアミノ酸配列の決定が遅れ、配列決定後の合成ペプチドも中国企業に依頼していたため新型コロナウイルスの影響により納品が遅れた。
使用計画：次年度に合成ペプチドが納入されるため、今年度行う予定の研究計画と併せて研究を進める。