研究課題
若手研究
環境問題や気候変動等への国際的意識の高まりに対する対応として、より環境負荷の少ないバイオマス由来材料の創生が望まれている。一方、現状のバイオマス由来材料は強度や機能性の面で改善が必要とされる。本研究ではこの課題を解決する為、植物が広く有している架橋構造導入酵素キシログルカンエンドトランスグルコシダーゼ(XTH)に着目し、従来の生化学的なアプローチに精製細胞壁成分を用いた人工細胞壁モデルの構築と物理的強度測定を組み合わせる事で、XTH酵素が持つ機能と物理特性への影響を明らかに、知見を得る事を試みる。
本研究では環境問題や気候変動等への国際的意識の高まりに対する対応としてより環境負荷の少ないバイオマス由来材料を創生すべく、植物体を形成する成分として代表的なセルロースとキシログルカンを互いに架橋することが出来る酵素キシログルカンエンドトランスグルコシダーゼ(以下、XTH)に着目し、多様なXTHの機能解析と、XTHによって架橋反応が行われたバイオマス材料の物理特性の理解を目的としている。本年度の検討では昨年度までに作成したシロイヌナズナ由来AtXTH3型酵素の特性を調べる為に酵素大量生産系由来の酵素サンプルの精製プロトコルの検討、精製した酵素を用いた活性の調査を実施した。大量発現系を通じて調製した酵素は一度の培養により数十mgの酵素を取得する事が出来ていたが、精製を経た酵素溶液に白濁が見られ、溶液中の酵素安定性に疑問があった。そこで本年度の検討では新たに分子シャペロンとの共発現系を作成した所、白濁の度合いを大幅に低減させることに成功し、より安定型の酵素を得ることが出来た。 得られた精製酵素を用いて粘度試験を実施した結果、キシログルカンと酵素の作用による粘度上昇を検出する事が出来た。一方で、セルロースとキシログルカン等固液系での粘度測定に関しては、様々な測定方法をテストしたが0.1mPa・S程度の微弱な粘度変化を、小スケールで安定的に測定可能な粘度測定法は存在しなかった。現在はAtXTH3の結晶構造解析に向けた更なる酵素精製法の検討と、他のXTH酵素への水平展開を進めている。
2: おおむね順調に進展している
本年度の検討では課題であった植物由来酵素の安定生産条件に付いて、およその定型に辿り着くことが出来、多様なXTHに対して検討が可能なベースが整った。得られた酵素サンプルは正しく酵素活性を有しており、他の生産系由来の精製酵素と比較しても同程度の酵素活性があった事からも本課題で新たに作成した酵素生産系は十分に機能していると考える。得られた酵素を用いた物性評価についても検討を進める事が出来ており、可溶性の基質については評価系も定まりつつある。一方、本課題で目指していた固液系の粘度測定については色々と検討を進めたが現段階で適切な粘度測定系が存在しなかった。
今後の研究の推進方策としては、本年度に作成した酵素生産系を水平展開し、目的としていた多様なXTH酵素種を取得する。また本手法は他の植物由来酵素の生産に対しても有効である事を確認している事から、適用範囲をどの程度まで広げることが出来るかを検討していきたい。また活性の評価に関しては大量の酵素を得ることが出来たことから、活性の定量的評価や植物由来の特殊な活性を有する酵素を活用した材料づくりにも取り組んでいきたいと考える。
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