長鎖クモ糸タンパク質遺伝子の利用による高強度シルクの創出

• 研究課題/領域番号: 19H02528
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分27040:バイオ機能応用およびバイオプロセス工学関連
• 研究機関: 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構
• 研究代表者: 小島 桂 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 生物機能利用研究部門, 上級研究員 (40370655)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円); 2023年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円); 2022年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円); 2021年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円); 2020年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円); 2019年度: 7,930千円 (直接経費: 6,100千円、間接経費: 1,830千円)
• キーワード: 遺伝子組換えカイコ / オニグモ / 縦糸 / クモ糸シルク / クモ縦糸 / cDNAクローニング / 力学物性 / 遺伝子組み換えカイコ / 縦糸タンパク質 / ｃDNAクローニング / クモ糸

研究開始時の研究の概要

生分解性を持つタンパク質性繊維は、産業上有望な素材とみなされているが、実用上十分な強度を持つ素材はない。
そこで、すでに一定の強度を有するタンパク質性繊維である「カイコが作るシルク」を遺伝子組換えによって改変し、高強度のシルクを創出する。
本研究では、最初にクモ糸タンパク質の遺伝子のほぼ全長cDNAをクローニングし、発現ベクターを構築する。次に、カイコヘ遺伝子導入してクモ糸タンパク質が後部絹糸腺で発現する遺伝子組換えカイコを作出する。最終的に、破断強度が通常シルクの1.5倍で通常強度ポリエステルと同等以上である700 MPaを超える改変シルクの創出を目指す。

研究成果の概要

オニグモの牽引糸を構成する主要タンパク質であるMaSp1,MaSp2、MaSp3　について、それらの完全長に近い3-9kbpのcDNAをクローニングし、配列を決定した。さらにこれらの遺伝子をカイコフィブロインH鎖の組換えタンパク質として発現する遺伝子組換えカイコを樹立した。
遺伝子組換えカイコ繭糸の力学物性解析では、非組換え繭糸と同等かそれ以下の破断強度を示す系統がほとんどであり、これらのクモ糸タンパク質の導入によるシルクの顕著な力学物性向上効果は認められなかった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

クモの糸は、自然界で最も強度の高い繊維として知られている。クモ糸タンパク質を人工合成して活用する試みは多くなされているが、ほとんどが失敗している。その理由の一つが、天然のクモ糸タンパク質遺伝子のクローニングが極めて困難であることである。本研究では、クモ糸タンパク質3種のほぼ全長ｃＤＮＡのクローニングに成功しており、クモ糸タンパク質の利活用のボトルネックの一つをクリアできることを示した。
一方で、クモ糸タンパク質遺伝子を導入した遺伝子組換えカイコによる高強度シルクの生産には成功せず、遺伝子組換えカイコによる高強度繊維の創出には課題が残ることも示唆された。