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2018 年度 実施状況報告書

真菌パンデミックを想定した耐性を持ちにくい革新的ナノバイオ抗真菌剤

研究課題

研究課題/領域番号 18K04842
研究機関東北大学

研究代表者

中澤 光  東北大学, 工学研究科, 助教 (40584991)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワード銀ナノ粒子 / キチナーゼ / 高密度提示 / 高活性化 / 安定化 / 酵素ライブラリー / 抗真菌剤
研究実績の概要

昨年、欧米やアジアで初めて真菌症パンデミック(世界的流行)を起こったことから、耐性を持ちにくい新たな作用機序の抗真菌剤の開発が望まれる。
本申請では、この独自のクラスター化設計技術を進化させ、それ自身が高い抗真菌活性を有し、耐性が起きにくい銀ナノ粒子を土台として、その表面に古くから天然の抗真菌剤として機能しつづけている耐性を持ちにくい酵素(キチナーゼ)をライブラリー化し、様々な比率でクラスター化することで、使用環境にあわせてオーダーメイド可能な、50倍に抗真菌活性を増強するナノバイオ抗真菌剤を提案する。
実施計画では30年度はステップ1.抗菌活性の高い銀ナノ粒子の安価な合成法の開発、ステップ2.高活性なキチナーゼのスクリーニングおよびステップ3.銀ナノ粒子表面へのキチナーゼ提示デザインを行う計画となっていた。1に関しては、HEPES bufferと銀イオンを混合し、銀ナノ粒子の合成に成功した。銀ナノ粒子作製できた。しかしながら、想定通り、安定して同じ形および同じ表面積の粒子を作製することは熟達が必要であった。今後もこの粒子の安定作製がネックになる可能性が高いことが分かった。2に関しては、少し時間がかかったがCAZyデータベースと文献値から20種以上のキチナーゼを選択し、遺伝子全合成する直前まで来ている。今後ライブラリーを作製し順次評価していく。3の銀ナノ粒子表面への酵素提示に関しては、類似酵素であるキトサナーゼ活性を持つ酵素を6×Hisタグを用いた高密度提示させ活性を持つことの確認はできた。高活性化については若干向上傾向があるものの、再現性が取れていないため、条件検討が必要である。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

最も大きな障壁であり苦戦すると考えていたのは、まず銀ナノ粒子に酵素を提示して活性を示すか否かであったが、この問題をクリアできたことが大きい。
酵素ライブラリー作製の進捗がやや遅れてはいるものの、技術的課題は少ない部分であるため全体の進捗に影響は少ない。
そのため全体でみるとおおむね順調と判断した。

今後の研究の推進方策

安定した表面積の銀ナノ粒子合成技術の開発がキーとなることから、引き続き継続して力を入れて行っていく。さらに銀ナノ粒子と酵素の提示密度の最適化がこれまでの知見から重要であることもわかっていることから、粒子への酵素提示密度と条件を細かく検討し、安定した範囲を決定する。最後に有望なキチナーゼを20種類程度ライブラリー化し機能として安定性と抗菌活性でスクリーニングを行い、有望酵素に関して、条件を詰める。この時点で学術論文を執筆し公表する予定である。

次年度使用額が生じた理由

有望酵素の選抜のために、キチナーゼの専門家に相談したところ、難航し、選抜に思ったよりも時間を費やしてしまった。そのため高額な遺伝子全合成用の費用が次年度に繰り越しとなった。またそれに伴い論文化のための費用も次年度に繰り越した。
次年度は、酵素を20種類購入し、約600,000円使用する。論文を1報作成するため英文校閲と合わせて約300,000円使用する計画である。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件) 図書 (1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Complementary Design for Pairing between Two Types of Nanoparticles Mediated by a Bispecific Antibody: Bottom-Up Formation of Porous Materials from Nanoparticles2019

    • 著者名/発表者名
      Niide Teppei、Manabe Noriyoshi、Nakazawa Hikaru、Akagi Kazuto、Hattori Takamitsu、Kumagai Izumi、Umetsu Mitsuo
    • 雑誌名

      Langmuir

      巻: 35 ページ: 3067~3076

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.8b03687

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Impact in stability during sequential CDR grafting to construct camelid VHH antibodies against zinc oxide and gold2018

    • 著者名/発表者名
      Saito Ryota、Saito Yutaro、Nakazawa Hikaru、Hattori Takamitsu、Kumagai Izumi、Umetsu Mitsuo、Makabe Koki
    • 雑誌名

      The Journal of Biochemistry

      巻: 164 ページ: 21~25

    • DOI

      10.1093/jb/mvy016

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Machine-Learning-Guided Mutagenesis for Directed Evolution of Fluorescent Proteins2018

    • 著者名/発表者名
      Saito Yutaka、Oikawa Misaki、Nakazawa Hikaru、Niide Teppei、Kameda Tomoshi、Tsuda Koji、Umetsu Mitsuo
    • 雑誌名

      ACS Synthetic Biology

      巻: 7 ページ: 2014~2022

    • DOI

      10.1021/acssynbio.8b00155

    • 査読あり
  • [学会発表] 太陽光で活性化される光応答型人工セルラーゼ設計2018

    • 著者名/発表者名
      Hikaru Nakazawa, Yuri Ishigaki, Teppei Niide, Mitsuo Umetsu
    • 学会等名
      生物工学会若手の会
  • [学会発表] 光に応答して活性化するハイブリッド酵素デザイン2018

    • 著者名/発表者名
      Hikaru Nakazawa, Yuri Ishigaki, Teppei Niide, Mitsuo Umetsu
    • 学会等名
      酵素工学研究会
  • [学会発表] CBH触媒モジュール高発現型 人工セルロソームの設計2018

    • 著者名/発表者名
      中澤 光, 石垣友理, 張 鈺爽, 坪井宏和, 幸田明生, 坊垣隆之, 梅津光央
    • 学会等名
      生物工学会
  • [学会発表] A design of artificial cellulosome with high expression of CBH catalytic module2018

    • 著者名/発表者名
      Hikaru Nakazawa, Yuri Ishigaki, Zhang Yushuang, Hirokazu Tsuboi, Akio Koda, Takayuki Bogaki, Mitsuo Umetsu
    • 学会等名
      化学工学会
  • [学会発表] Identification of Indium Tin Oxide Nanoparticle-binding peptides by Using Phage display and Biopanning2018

    • 著者名/発表者名
      Hikaru Nakazawa, Tatsuya Hirose, Takamitsu Hattori, Izumi kumagai, Mitsuo Umetsu
    • 学会等名
      第174委員会
    • 国際学会
  • [図書] 生物工学会誌 バイオミディア 酵素はメカ化できるのか?2019

    • 著者名/発表者名
      中澤 光
    • 総ページ数
      1
    • 出版者
      生物工学会
  • [産業財産権] プラスミド一周PCR法を用いたランダム遺伝子プラスミドライブラリー作成方法、それを用いた形質転換体作成方法、および、その方法に使用するキット2018

    • 発明者名
      柳沢美貴、中澤光、二井手哲平、服部峰充、梅津光央
    • 権利者名
      柳沢美貴、中澤光、二井手哲平、服部峰充、梅津光央
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2018-190330

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公開日: 2019-12-27  

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