2021 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 |
2021年度は，2020年度に明らかにした炭素固定に関わる異種酵素の特性やバイオリアクターにおいて応用可能な固定化酵素に関する知見に基づいて，以下の点を新たに明らかにした。
1. 二種の酸化酵素を脂質ベシクル内水相と脂質膜表面にそれぞれ固定化して，逐次反応を触媒するベシクル型コンファインド酵素反応システムを構築した。また，その逐次反応特性の詳細を明らかにした。一旦調製したベシクル懸濁液をポリエチレングリコール（PEG）部位を有する脂質溶液と混合することにより，PEG修飾(PEG化)ベシクルを調製した。外部循環式エアリフト型気泡塔におけるPEG化ベシクルの安定性を脂質膜透過性に基づいて明らかにした。さらに，ベシクル系ではこれまでに詳細に検討されていなかった化学結合を採用して，炭酸脱水酵素をベシクルの表面に活性を維持して固定化する手法について，詳細に検討した。
2. 炭素固定に関わる酵素を，ハンドリングが容易な比較的粒子径が大きく，物理的に強固な非多孔性粒子に共有結合を介して固定化した。また，この際の酵素固定化の効率や得られた触媒粒子の活性を評価する手法を開発した。
3. 酵素を固定化した粒子群を気液接触型反応器に懸濁したときの酵素の触媒活性について，安定性や長時間反応時の基質転化率を含めた実用的な観点から明らかにした。
以上のように，ベシクルを用いたコンファインド酵素反応システムの調製と特性評価に加えて，実用的反応器を用いた炭素固定反応操作を実施して，その特徴と2022年度に検討すべき課題を明確にした。
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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
脂質ベシクルと異種酵素を複合化させたコンファインド酵素反応システムの構築と炭素固定を触媒する酵素を固定化した粒子を応用する気泡塔反応操作について詳細に検討した。さらに，これらの触媒系を用いたバイオリアクター反応操作を実施して，高効率な炭素固定反応系を構築するための知見が得られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年度は，ベシクルを用いたコンファインド酵素反応システムの触媒性能を向上させるための手法について検討する。また，種々の濃度の二酸化炭素を含有するガスを通気した気泡塔バイオリアクターに固定化酵素を懸濁して，炭素固定反応を実施する。この際の各種操作パラメータや二酸化炭素吸収速度を増大させる酵素の添加効果等について，詳細な検討を行う。これにより，コンファインド酵素反応システムを用いた炭素固定反応について，学術的・実用的な観点からその特徴を明らかにする。
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