2019 Fiscal Year Research-status Report

バイオシリカ由来タンパク質を介した無機材料とバイオ分子を結ぶための基盤技術開発

Research Project

Project/Area Number	19K05164
Research Institution	Tottori University
Principal Investigator	清水克彦鳥取大学, 地域価値創造研究教育機構, 教授 (90326877)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	美藤友博鳥取大学, 農学部, 助教 (20776421) 有馬二朗鳥取大学, 農学部, 教授 (80393411)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	バイオミネラリゼーション / シリカ / 環境調和型 / 有機無機複合材料 / マリンバイオテクノロジー
Outline of Annual Research Achievements	本研究では，海綿動物カイロウドウケツのシリカ骨格タンパク質グラシンのシリカや金属酸化物に対する結合能力を評価し，特異性に結合する材料について，結合条件の最適化と溶出条件の探索を行い，これらの結果をもとに，グラシンを介した組換えタンパク質とシリカナノ粒子および金属酸化物材料との複合化についての基盤技術を確立することを目的としている．本研究課題では次の５項目について研究を実施し，目的を達成することを考えている．(1) グラシンのシリカナノ粒子への結合条件の最適化，溶出条件の探索，(2) グラシンのシリカナノ粒子への結合機構の解明，(3) グラシンの金属酸化物への結合能の有無，(4) グラシンの金属酸化物への結合条件の最適化，溶出条件の探索，(5) 成果のまとめ．これまでに，(1)および(3)について大腸菌で発現させた組換えグラシンーGFP融合タンパク質を用いて，このタンパク質のシリカや酸化ゲルマニウムに対する結合性を検討する実験を行った．シリカや酸化ゲルマニウム，それぞれに特異的な結合条件を見出すことができた．これは，大腸菌で発現させた組換えグラシンーGFP融合タンパク質を大腸菌の溶菌液からワンステップで精製することを可能にする技術となりうる，期待した成果といえる．ただし，グラシンのシリカや酸化ゲルマニウムへの結合が予想以上に安定であることが明らかになり，これは，タンパク質の固定化としては優れた性質である一方，タンパク質の精製に利用する場合には好ましくない性質である．タンパク質の溶出条件について，さらに検討を加える必要がでてきた．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 本研究では，海綿動物カイロウドウケツのシリカ骨格タンパク質グラシンのシリカや金属酸化物に対する結合能力を評価し，特異性に結合する材料について，結合条件の最適化と溶出条件の探索を行い，これらの結果をもとに，グラシンを介した組換えタンパク質とシリカナノ粒子および金属酸化物材料との複合化についての基盤技術を確立することを目的としている．今年度は，グラシンのシリカナノ粒子への結合条件の最適化，溶出条件の探索およびグラシンのシリカ以外の金属酸化物への結合能の有無について，解明する計画とした．これまでに，大腸菌で発現させた組換えグラシン－GFP融合タンパク質を用いて，このタンパク質のシリカや酸化ゲルマニウムに対する結合性を検討する実験を行った．シリカや酸化ゲルマニウム，それぞれに特異的な結合条件を見出すことができた．これは，大腸菌で発現させた組換えグラシン－GFP融合タンパク質を大腸菌の溶菌液からワンステップで精製することを可能にする技術となりうる，期待した成果といえる．ただし，グラシンのシリカや酸化ゲルマニウムへの結合が予想以上に安定であることが明らかになり，これは，タンパク質の固定化としては優れた性質である一方，タンパク質の精製に利用する場合には好ましくない性質である．タンパク質の溶出条件について，さらに検討を加える必要がでてきた．以上のことより，計画は順調に進行しているといえ，また，新たな知見への萌芽として課題が顕在してきたことは好ましい状況と判断している．
Strategy for Future Research Activity	今後は，本研究課題で掲げた次の５項目について研究を継続し，目的を達成することを考えている．(1) グラシンのシリカナノ粒子への結合条件の最適化，溶出条件の探索，(2) グラシンのシリカナノ粒子への結合機構の解明，(3) グラシンの金属酸化物への結合能の有無，(4) グラシンの金属酸化物への結合条件の最適化，溶出条件の探索，(5) 成果のまとめ．R2年度については，(2)および(4)について重点的に研究を実施する．また，これまでに課題として顕在化したシリカおよび酸化ゲルマニウムからのタンパク質の溶出条件についても，解決策を探ることとする．(3)について，酸化ゲルマニウム以外の金属酸化物への結合性も検討し，より幅広い知見を積み重ねることとしたい．