| 研究課題/領域番号 |
18K05437
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| 研究機関 | 鳥取大学 |
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研究代表者 |
有馬 二朗 鳥取大学, 農学部, 教授 (80393411)
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| 研究分担者 |
清水 克彦 鳥取大学, 地域価値創造研究教育機構, 教授 (90326877)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 酵素の固定化 / シリカ粒子形成促進タンパク質 / グラシン / 融合タンパク質 / シリカ吸着 / シリコーン |
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| 研究実績の概要 |
ガラスカイメン類カイロウドウケツから見出されたシリカ粒子形成促進タンパク質“グラシン”は、シロキサン結合（[-Si-O-]n）形成促進の機能に加え、シリカに対して強く吸着する性質も有する。本研究ではこれらの機能に焦点を当て、高機能シリコーン素材の開発を志向した酵素の新規固定化技術の提案に繋げる基礎研究を行っている。グラシンの1次構造は非常に特徴的で、HisとAspに富むHD領域、Proに富むP領域、HisとThrに富むHT領域がSpacerを挟んでタンデムに繰り返される構造を有する。これまでに、HD領域がシリカ粒子形成を担う領域として同定されていたが、シリカ吸着については情報はなかった。2019年度は、これらの領域に焦点を当て、シリカ吸着に寄与する領域の同定と、シリコーン素材や金属酸化物への吸着特性について重点的に評価した。
グラシン中の各ドメインとグルタチオンS-トランスフェラーゼ（GST）との融合タンパク質（HD2-GST、P2-GST、HT2-GST及びP2HT2-GST）を構築し、それぞれのシリカへの吸着能について評価した結果、いずれの領域もシリカに対して特異的に吸着した。一方で、pHを制御しなければ、GSTでもシリカに対する吸着が観察されたが、弱アルカリ性では、GSTは吸着が観察されなくなった。各領域単体では、HT領域の吸着力が最も強く、また、P領域とHT領域を連結することでさらに吸着力が強まった。同様の吸着能は有機シリコーンに対しても観察され、その傾向はシリカへの吸着とやや異なるものであった。この違いは、疎水相互作用が強まることに要因があることは容易に予測できるが、これらの結果から、グラシンの各ドメインを使い分けることで、シリカやシリコーンへの吸着を制御できる可能性が示された。
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| 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
本研究計画には大きく4つの課題項目があり、1項目目として融合タンパク質による酵素固定化検討、2項目はよりシンプルな固定化タグへの最適化、3項目目は 様々な有機シロキサン重合材料等を使用した生成物の素材物性検討、4項目目は様々な酵素を融合した機能素材の構築に分割している。2018年度の研究にて酵素の固定化が実現し、シリカ形成に焦点を当てたシンプルな固定化タグの候補配列を1つ示すことができた。そして2019年度の研究にて、研究実績の概要に示されるよう、シリカ吸着に焦点を当てた3つの候補配列が示され、それぞの使い分けが可能であることから、2項目目の課題に大きな広がりが得られた。また、3項目目の評価にて、グラシンは有機シロキサン合成は不可能であったが吸着力は強く、吸着素材を選択することで多様な機能材料創生の可能性が得られた。これらの総合的な評価から、上記4項目のうち3項目が終了したことになり、本研究はおおむね順調に進展していると判断した。
次の課題は、様々な酵素を融合した機能素材の構築である。本検討はグラシンの各領域における様々なシリコーン素材への吸着能力や、融合する相手側の酵素の安定性に依存することになる。グラシンの各領域は、シリカゲルやフュームドシリカに加え、有機シロキサンへの強い吸着力があり、さらには各素材における吸着特性が異なる。したがって、2018-2019年度の成果は4項目の検討での、素材に関する課題はクリアしたことになり、様々な機能付加素材の構築実現に向け、大きく前進したことになる。
そこで2020年度では、他の酵素タンパク質との融合による固定化と応用とともに、機能を付加した有機シリコーン素材を自在に形状を変えることにも試みる予定である。これら次年度以降の研究計画も含め、現在までの進捗は当初に予定していた研究計画通りである。
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| 今後の研究の推進方策 |
「研究実績の概要」と「現在までの進捗状況」に示した通り、本研究の最終目標である“様々な機能付加シリコーン素材の構築”の実現に向け、おおむね半ば後半にまで到達した。残されている課題は、多くの酵素タンパク質の固定化に応用可能かどうかであり、融合タンパク質の構築と機能評価・応用研究が主体となる。具体的には、遺伝子工学技術を駆使したグラシンの各領域と様々な酵素との融合、グラシンの各領域の吸着能によって構築される酵素機能が付加したシリカ／シリコーン素材の物性と酵素機能の評価が課題となる。
さらなる将来の展望として、上記の評価検討で得られたデータをもとに、シリコーンの物理的形状と数多とある酵素機能とを組合せた機能付加シリコーン素材の構築を試みる。これらの研究を通し、より柔軟な使用目的に合わせたデバイスの提供、そしてセンサーやリアクターへの応用展開につなげていきたい。
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