2020 Fiscal Year Annual Research Report
Confined enzyme reaction systems mimicking carbon-fixation strategy of cell organelles
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20H02543
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| Research Institution | Yamaguchi University |
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Principal Investigator |
吉本 誠 山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授 (80322246)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 酵素反応 / 脂質ベシクル / 炭素固定 / 気泡塔バイオリアクター / 固定化酵素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は複数の酵素が脂質ベシクルに配置された炭素固定触媒とそれを用いたバイオリアクターの開発・操作を目的とする。2020年度は，炭素固定反応を逐次的に触媒するカルボキシラーゼと炭酸脱水酵素を別々の脂質ベシクル（リポソーム）に固定化する手法の開発と各固定化酵素の特性評価及びハイドロゲル粒子への固定化を行った。具体的には，当初の計画に従い，下記項目１～３を明らかにするとともに，項目４に関する成果も得た。
１．カルボキシラーゼは，タンパク質のアミノ基と脂質膜に導入したカルボキシ基間の共有結合を介してリポソームに固定化した。炭酸脱水酵素は，リポソーム系には適用例がないと考えられる化学結合を介した固定化の諸条件について詳細に検討するとともに，最適化を行った。
２．リポソームに結合させた各酵素について，結合分子数や酵素活性を明らかにした。いずれの酵素も，酵素活性が検出できるレベルで酵素が脂質膜に結合していることを明らかにした。
３．カルボキシラーゼと炭酸脱水酵素が共存する条件下において，二酸化炭素含有溶液を用いてオキサロ酢酸を合成する反応について検討した。その結果，共存させた炭酸脱水酵素の効果が得られる反応条件について明らかにした。また，カルボキシラーゼ反応の速度パラメータを決定した。
４．炭酸脱水酵素を複合化させたリポソームをアルギン酸カルシウムゲルに安定に固定化する手法を開発した。この手法により，分子サイズが比較的小さい炭酸脱水酵素を汎用性の高いハイドロゲルに固定化できることを示した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
酵素をリポソームに共有結合を介して複合化させる複数の手法を検討するとともに，それらの特徴を明らかにした。さらに，分子サイズが小さい酵素を，リポソームを介してハイドロゲルに安定に固定化する手法を開発した。以上のように当初の計画通り研究を遂行できたことから，おおむね順調に進展しているとした。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，2020年度に得られた知見を基に，２種の酵素を連動させる炭素固定反応をバイオリアクターで進行させるための技術開発を行う。2021年度は，バイオリアクターの操作条件下で安定な固定化酵素粒子の開発と気液接触型反応装置への応用に関する研究を遂行する。
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