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【特集】 化学品量産プロセスを志向する酵素研究
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低温で機能する酵素の機能特性と構造特性
Functional and Structural Properties of Cold-active Enzymes
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鶴田宏樹(神戸大学 連携創造本部 准教授)
相薗泰生(神戸大学 名誉教授)
近年のタンパク質化学の研究分野においては,低温,高温,アルカリ性,酸性など,通常の生物が生育できない極限環境に適応した生物(極限環境生物)が産生する酵素の構造機能相関性を解明する研究が注目されている。その種の酵素は,現在,酵素を反応触媒として利用できない物質生産過程へ応用できる可能性を秘めている。ここでは,極限環境生物が産生する酵素群のうち,好冷性細菌が産生する低温活性酵素について,その機能特性と構造特性について概説する。
【目次】
1. はじめに
2. 好冷性細菌Shewanella sp.のcPTPase,cAPase,cPLDの分離精製と幾つかの性質
3. 低温活性酵素の低温域における触媒反応の特徴
3.1 E-S complexの形成
3.2 E-S complexの遷移状態への移行
4. 低温活性酵素の構造特性
4.1 低温活性発現に重要な柔軟性をもたらす構造要因
4.2 低温変性を避けるための構造要因
5. おわりに
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有機溶媒耐性酵素の開発
Development of Organic Solvent-Tolerant Enzymes
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荻野博康(大阪府立大学 大学院工学研究科 物質・化学系専攻 准教授)
有機溶媒存在下の酵素反応は,(1)難水溶性基質の溶解度が向上し,反応速度が向上する,(2)加水分解酵素では逆反応の合成反応を触媒できる,(3)微生物汚染を低減できる,等の特徴を有しているが,酵素は有機溶媒存在下で容易に変性・失活し,その触媒機能を喪失する。そこで,有機溶媒存在下で機能する有機溶媒耐性酵素の開発に着手した。有機溶媒耐性酵素は,水溶液中だけでなく有機溶媒が存在する反応系においても高い活性と安定性を有する酵素であり,水溶媒系,有機溶媒系,有機溶媒を含む水溶媒系,基質濃度が高く基質自体が溶媒となっている反応系,および無溶媒系での反応に用いることのできる酵素である。
【目次】
1. はじめに
2. 有機溶媒耐性酵素を生産する有機溶媒耐性微生物の発見
3. 有機溶媒耐性微生物が産生する有機溶媒耐性酵素
4. 有機溶媒耐性酵素の特徴
5. 有機溶媒耐性酵素を用いた有機溶媒存在下での合成反応
6. おわりに
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新たな非水溶媒イオン液体中での酵素反応
Enzymatic Reaction in Environmentaly Friendly Ionic Liquids
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中島一紀(九州大学 大学院工学研究院 応用化学部門 特任助教)
神谷典穂(九州大学 大学院工学研究院 応用化学部門 准教授)
後藤雅宏(九州大学 大学院工学研究院 応用化学部門 教授)
水でも有機溶媒でもない,新たな種類の溶媒「イオン液体」がここ数年注目を集めている。イオン液体は水ではないため,非水溶媒の部類に属する。しかし,従来の分子性有機溶媒とは大きく異なる特性を示す溶媒である。最近,このイオン液体を新たな酵素反応場として利用する試みが活発に行われている。本稿では,イオン液体中での酵素反応について,これまでに報告された研究例,最近の動向,およびその将来性と問題点について概説する。
【目次】
1. はじめに
2. イオン液体とは
3. イオン液体中での生体触媒反応
3.1 リパーゼ
3.2 プロテアーゼ
3.3 酸化還元酵素
3.4 Whole cell(細胞)触媒
4. イオン液体中における酵素の活性化
4.1 酵素の固定化
4.2 酵素の化学的修飾
4.3 分子集合体(逆ミセル)の形成
5. バイオプロセスを指向した応用研究
5.1 他溶媒との2相系システム
5.2 機能性支持液膜
5.3 タンパク質の抽出溶媒
5.4 バイオエタノールへの応用
6. おわりに
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酵素活性が最大になる温度-圧力域の評価
Estimation of Optimum Temperature-Pressure Pair for Enzyme Activity
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大淵薫((独)産業技術総合研究所 産学官連携推進部門 バイオ高圧加工基盤連携研究体 研究体長)
酵素反応の至適温度は常圧でのみ検討されてきたが,実用的酵素群について,活性の温度・圧力依存性を検討することにより,さらに高いパフォーマンスを引き出す可能性がある。加圧による活性増強が期待できる酵素のスクリーニング法を提案し,それによって見出された高活性のセルラーゼ系として知られているアクレモザイムについて,150MPaの加圧で活性を7.8倍に高めた結果を紹介する。
【目次】
1. 酵素は常温常圧で最も優れた機能を発揮するわけではない
2. 高圧下で活性が増大する酵素のスクリーニング
3. 加圧によるセルラーゼ活性の増強
4. 圧力容器の開発が鍵
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ゲノム情報を利用した新しいバイオプロセス開発
Development of Novel Bio-process using Genome Informatics
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木野邦器(早稲田大学 理工学術院 教授)
ゲノム解析の進展は,有用な微生物や酵素の探索にも大きく貢献している。本稿では,ゲノム情報を活用した微生物の多様性に基づく有用酵素の探索や目的酵素遺伝子のクローニングの実例を紹介する。さらに,ゲノム情報から得られた機能未知酵素の基質探索における質量分析器を用いた高速解析法についても紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 微生物多様性に基づく比較ゲノムと基質特異性の多様化
3. 目的酵素の特性を踏まえたモデル微生物ゲノムからの探索
4. 機能未知遺伝子からの新規酵素の探索
5. FT-ICR MSを利用した酵素の基質探索
6. おわりに
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進化工学的手法による酵素の改変
Evolutionary Engineering of Enzymes
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宮崎健太郎((独)産業技術総合研究所 生物機能工学研究部門 酵素開発研究グループ グループ長)
進化工学は,近年,最も有効な酵素改良手法である。「ランダムな遺伝子変異と変異ライブラリの機能スクリーニング」,この単純なサイクルの繰り返しで,数世代後には大幅な機能改良が施される。本稿では,酵素の安定性の向上,有機溶媒耐性の向上,立体選択性の向上,生産性の向上を例にその有効性を示す。
【目次】
1. はじめに
2. 安定性の向上
3. 有機溶媒耐性の向上
4. 立体選択性の向上
5. 生産性の向上
6. おわりに
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極限酵素の分子解剖・分子手術～アルカリキシラナーゼの構造-活性相関解明と耐アルカリ性向上の試み～
Molecular Anatomy and Surgery of Extremozyme
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梅本博仁(東京工業大学 大学院生命理工学研究科 生物プロセス専攻 博士後期課程)
中村聡(東京工業大学 大学院生命理工学研究科 生物プロセス専攻 教授)
キシラナーゼは多糖キシランの加水分解酵素であり,多方面での産業応用が注目されている。キシランはアルカリ性で水に溶けやすくなることから,アルカリ性条件において高活性を示すアルカリキシラナーゼに期待が寄せられている。本稿では,好アルカリ性細菌が生産するアルカリキシラナーゼに注目し,その構造-活性相関の解明とさらなる耐アルカリ性の向上に向けた試みについて概説する。
【目次】
1. はじめに
2. キシラナーゼの分類
3. キシラナーゼ生産菌の検索とアルカリキシラナーゼの遺伝生化学的解析
4. キシラナーゼJの触媒活性に関与するアミノ酸残基の特定
5. キシラナーゼJの立体構造と触媒部位の構成
6. キシラナーゼJのアルカリ性条件における活性発現機構の解明と耐アルカリ性のさらなる向上
7. おわりに
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三菱化学のバイオプロセス開発事例の紹介と今後の展望
Introduction of Application of Bioprocesses in Mitsubisi Chemical and the Future Industrial Biotechnology
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上田誠((株)三菱化学科学技術研究センター バイオ技術研究所 所長)
三菱化学グループのバイオプロセス研究例として,微生物を用いたバイオ不斉還元による光学活性体の生産検討,発酵法と酵素変換法を組み合わせた非天然型糖質L-リボースの生産検討を紹介する。また,化学会社としてバイオリファイナリーに貢献できる部分について簡単な考察を行いたい。
【目次】
1. はじめに
2. 酵素法によるケトン不斉還元
2.1 医薬中間体における応用例
2.2 まとめ
3. 発酵法による非枯渇資源からの化学品の合成について
3.1 糖質からのL-リボースの生産
4. 今後の展望
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BIO R&D
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Luciferase transgenicラットを用いた臓器保存液スクリーニングシステム
A Novel Screening System for Development of Organ Preservation Solutions using Luciferase Transgenic Rat
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菊地健志(自治医科大学 臓器置換研究部 大学院修士)
堀田淳(自治医科大学 臓器置換研究部 研究生)
小林英司(自治医科大学 臓器置換研究部 教授)
現在までに多くの臓器保存液が開発されてきた。しかし,臓器保存効果の単純評価が困難であったために,開発には経験則や膨大な労力が必要であった。今回,筆者らはLuciferase transgenicラット臓器を用いて,臓器保存液のATP保存力を指標とした簡単な臓器保存液のスクリーニングシステムを開発したので報告する。
【目次】
1. はじめに
2. ATPとルシフェラーゼ反応
3. スクリーニングシステムとして
4. 組織スライスによる臓器保存液の評価
5. おわりに
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定常領域サブクラスの変換による抗トロンボポエチン受容体アゴニスト抗体の活性向上
Anti-thrombopoietin Receptor Whole-IgG Agonist Antibodies Improved by Domain-subclass Conversion
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甲斐正之(キリンファーマ(株) 探索研究所 研究員)
片岡之郎(キリンファーマ(株) 事業開発部 主査)
抗体医薬の作用メカニズムのひとつとして,細胞膜上の受容体タンパク質に対するアゴニスト分子としての利用が考えられるが,抗体分子の構造上の制約から,強いアゴニスト活性を持つ抗体を作製することは必ずしも容易ではない。筆者らは,トロンボポエチン受容体に対するアゴニスト抗体の定常領域ドメインのサブクラスを変換することによって,抗体分子全体の構造を大幅に変えることなく,その活性を高めることに成功した。今回作製された抗体は,新たな血小板減少症治療薬としての応用が期待される。
【目次】
1. はじめに
2. 抗体の構造
3. トロンボポエチンとTPOミメティクス
4. c-MPLに対するアゴニスト抗体
5. 新規抗c-MPLアゴニスト抗体の作製
5.1 ヒト抗体産生マウスを用いたモノクローナル抗体作製
5.2 定常領域サブクラスの改変によるアゴニスト活性の向上
5.3 MA01G4344Uのin vitro活性
5.4 MA01G4344Uのin vivo活性
5.5 Whole IgGアゴニストの可能性
6. おわりに
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BIO BUSINESS
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食品検査の市場動向
Market of Foods Examination
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【目次】
1. 概要
1.1 食品検査
1.2 食品の安全と食品検査
2. 市場規模
2.1 食品検査の市場規模
2.2 食中毒の発生状況
3. 企業動向
3.1 参入企業
3.2 キューサイ分析研究所
3.3 タカラバイオ
3.4 栄研化学
3.5 東京海上日動リスクコンサルティング
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BIO PRODUCTS
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美容大豆ペプチド
Cosmetic Soy Peptide
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【目次】
1. 概要
2. 安全性
3. 製法
4. 機能性
5. 市場動向
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低温で機能する酵素の機能特性と構造特性
Functional and Structural Properties of Cold-active Enzymes
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鶴田宏樹(神戸大学 連携創造本部 准教授)
相薗泰生(神戸大学 名誉教授)
近年のタンパク質化学の研究分野においては,低温,高温,アルカリ性,酸性など,通常の生物が生育できない極限環境に適応した生物(極限環境生物)が産生する酵素の構造機能相関性を解明する研究が注目されている。その種の酵素は,現在,酵素を反応触媒として利用できない物質生産過程へ応用できる可能性を秘めている。ここでは,極限環境生物が産生する酵素群のうち,好冷性細菌が産生する低温活性酵素について,その機能特性と構造特性について概説する。
【目次】
1. はじめに
2. 好冷性細菌Shewanella sp.のcPTPase,cAPase,cPLDの分離精製と幾つかの性質
3. 低温活性酵素の低温域における触媒反応の特徴
3.1 E-S complexの形成
3.2 E-S complexの遷移状態への移行
4. 低温活性酵素の構造特性
4.1 低温活性発現に重要な柔軟性をもたらす構造要因
4.2 低温変性を避けるための構造要因
5. おわりに
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有機溶媒耐性酵素の開発
Development of Organic Solvent-Tolerant Enzymes
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荻野博康(大阪府立大学 大学院工学研究科 物質・化学系専攻 准教授)
有機溶媒存在下の酵素反応は,(1)難水溶性基質の溶解度が向上し,反応速度が向上する,(2)加水分解酵素では逆反応の合成反応を触媒できる,(3)微生物汚染を低減できる,等の特徴を有しているが,酵素は有機溶媒存在下で容易に変性・失活し,その触媒機能を喪失する。そこで,有機溶媒存在下で機能する有機溶媒耐性酵素の開発に着手した。有機溶媒耐性酵素は,水溶液中だけでなく有機溶媒が存在する反応系においても高い活性と安定性を有する酵素であり,水溶媒系,有機溶媒系,有機溶媒を含む水溶媒系,基質濃度が高く基質自体が溶媒となっている反応系,および無溶媒系での反応に用いることのできる酵素である。
【目次】
1. はじめに
2. 有機溶媒耐性酵素を生産する有機溶媒耐性微生物の発見
3. 有機溶媒耐性微生物が産生する有機溶媒耐性酵素
4. 有機溶媒耐性酵素の特徴
5. 有機溶媒耐性酵素を用いた有機溶媒存在下での合成反応
6. おわりに
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新たな非水溶媒イオン液体中での酵素反応
Enzymatic Reaction in Environmentaly Friendly Ionic Liquids
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中島一紀(九州大学 大学院工学研究院 応用化学部門 特任助教)
神谷典穂(九州大学 大学院工学研究院 応用化学部門 准教授)
後藤雅宏(九州大学 大学院工学研究院 応用化学部門 教授)
水でも有機溶媒でもない,新たな種類の溶媒「イオン液体」がここ数年注目を集めている。イオン液体は水ではないため,非水溶媒の部類に属する。しかし,従来の分子性有機溶媒とは大きく異なる特性を示す溶媒である。最近,このイオン液体を新たな酵素反応場として利用する試みが活発に行われている。本稿では,イオン液体中での酵素反応について,これまでに報告された研究例,最近の動向,およびその将来性と問題点について概説する。
【目次】
1. はじめに
2. イオン液体とは
3. イオン液体中での生体触媒反応
3.1 リパーゼ
3.2 プロテアーゼ
3.3 酸化還元酵素
3.4 Whole cell(細胞)触媒
4. イオン液体中における酵素の活性化
4.1 酵素の固定化
4.2 酵素の化学的修飾
4.3 分子集合体(逆ミセル)の形成
5. バイオプロセスを指向した応用研究
5.1 他溶媒との2相系システム
5.2 機能性支持液膜
5.3 タンパク質の抽出溶媒
5.4 バイオエタノールへの応用
6. おわりに
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酵素活性が最大になる温度-圧力域の評価
Estimation of Optimum Temperature-Pressure Pair for Enzyme Activity
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大淵薫((独)産業技術総合研究所 産学官連携推進部門 バイオ高圧加工基盤連携研究体 研究体長)
酵素反応の至適温度は常圧でのみ検討されてきたが,実用的酵素群について,活性の温度・圧力依存性を検討することにより,さらに高いパフォーマンスを引き出す可能性がある。加圧による活性増強が期待できる酵素のスクリーニング法を提案し,それによって見出された高活性のセルラーゼ系として知られているアクレモザイムについて,150MPaの加圧で活性を7.8倍に高めた結果を紹介する。
【目次】
1. 酵素は常温常圧で最も優れた機能を発揮するわけではない
2. 高圧下で活性が増大する酵素のスクリーニング
3. 加圧によるセルラーゼ活性の増強
4. 圧力容器の開発が鍵
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ゲノム情報を利用した新しいバイオプロセス開発
Development of Novel Bio-process using Genome Informatics
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木野邦器(早稲田大学 理工学術院 教授)
ゲノム解析の進展は,有用な微生物や酵素の探索にも大きく貢献している。本稿では,ゲノム情報を活用した微生物の多様性に基づく有用酵素の探索や目的酵素遺伝子のクローニングの実例を紹介する。さらに,ゲノム情報から得られた機能未知酵素の基質探索における質量分析器を用いた高速解析法についても紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 微生物多様性に基づく比較ゲノムと基質特異性の多様化
3. 目的酵素の特性を踏まえたモデル微生物ゲノムからの探索
4. 機能未知遺伝子からの新規酵素の探索
5. FT-ICR MSを利用した酵素の基質探索
6. おわりに
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進化工学的手法による酵素の改変
Evolutionary Engineering of Enzymes
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宮崎健太郎((独)産業技術総合研究所 生物機能工学研究部門 酵素開発研究グループ グループ長)
進化工学は,近年,最も有効な酵素改良手法である。「ランダムな遺伝子変異と変異ライブラリの機能スクリーニング」,この単純なサイクルの繰り返しで,数世代後には大幅な機能改良が施される。本稿では,酵素の安定性の向上,有機溶媒耐性の向上,立体選択性の向上,生産性の向上を例にその有効性を示す。
【目次】
1. はじめに
2. 安定性の向上
3. 有機溶媒耐性の向上
4. 立体選択性の向上
5. 生産性の向上
6. おわりに
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極限酵素の分子解剖・分子手術～アルカリキシラナーゼの構造-活性相関解明と耐アルカリ性向上の試み～
Molecular Anatomy and Surgery of Extremozyme
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梅本博仁(東京工業大学 大学院生命理工学研究科 生物プロセス専攻 博士後期課程)
中村聡(東京工業大学 大学院生命理工学研究科 生物プロセス専攻 教授)
キシラナーゼは多糖キシランの加水分解酵素であり,多方面での産業応用が注目されている。キシランはアルカリ性で水に溶けやすくなることから,アルカリ性条件において高活性を示すアルカリキシラナーゼに期待が寄せられている。本稿では,好アルカリ性細菌が生産するアルカリキシラナーゼに注目し,その構造-活性相関の解明とさらなる耐アルカリ性の向上に向けた試みについて概説する。
【目次】
1. はじめに
2. キシラナーゼの分類
3. キシラナーゼ生産菌の検索とアルカリキシラナーゼの遺伝生化学的解析
4. キシラナーゼJの触媒活性に関与するアミノ酸残基の特定
5. キシラナーゼJの立体構造と触媒部位の構成
6. キシラナーゼJのアルカリ性条件における活性発現機構の解明と耐アルカリ性のさらなる向上
7. おわりに
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三菱化学のバイオプロセス開発事例の紹介と今後の展望
Introduction of Application of Bioprocesses in Mitsubisi Chemical and the Future Industrial Biotechnology
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上田誠((株)三菱化学科学技術研究センター バイオ技術研究所 所長)
三菱化学グループのバイオプロセス研究例として,微生物を用いたバイオ不斉還元による光学活性体の生産検討,発酵法と酵素変換法を組み合わせた非天然型糖質L-リボースの生産検討を紹介する。また,化学会社としてバイオリファイナリーに貢献できる部分について簡単な考察を行いたい。
【目次】
1. はじめに
2. 酵素法によるケトン不斉還元
2.1 医薬中間体における応用例
2.2 まとめ
3. 発酵法による非枯渇資源からの化学品の合成について
3.1 糖質からのL-リボースの生産
4. 今後の展望
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BIO R&D
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Luciferase transgenicラットを用いた臓器保存液スクリーニングシステム
A Novel Screening System for Development of Organ Preservation Solutions using Luciferase Transgenic Rat
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菊地健志(自治医科大学 臓器置換研究部 大学院修士)
堀田淳(自治医科大学 臓器置換研究部 研究生)
小林英司(自治医科大学 臓器置換研究部 教授)
現在までに多くの臓器保存液が開発されてきた。しかし,臓器保存効果の単純評価が困難であったために,開発には経験則や膨大な労力が必要であった。今回,筆者らはLuciferase transgenicラット臓器を用いて,臓器保存液のATP保存力を指標とした簡単な臓器保存液のスクリーニングシステムを開発したので報告する。
【目次】
1. はじめに
2. ATPとルシフェラーゼ反応
3. スクリーニングシステムとして
4. 組織スライスによる臓器保存液の評価
5. おわりに
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定常領域サブクラスの変換による抗トロンボポエチン受容体アゴニスト抗体の活性向上
Anti-thrombopoietin Receptor Whole-IgG Agonist Antibodies Improved by Domain-subclass Conversion
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甲斐正之(キリンファーマ(株) 探索研究所 研究員)
片岡之郎(キリンファーマ(株) 事業開発部 主査)
抗体医薬の作用メカニズムのひとつとして,細胞膜上の受容体タンパク質に対するアゴニスト分子としての利用が考えられるが,抗体分子の構造上の制約から,強いアゴニスト活性を持つ抗体を作製することは必ずしも容易ではない。筆者らは,トロンボポエチン受容体に対するアゴニスト抗体の定常領域ドメインのサブクラスを変換することによって,抗体分子全体の構造を大幅に変えることなく,その活性を高めることに成功した。今回作製された抗体は,新たな血小板減少症治療薬としての応用が期待される。
【目次】
1. はじめに
2. 抗体の構造
3. トロンボポエチンとTPOミメティクス
4. c-MPLに対するアゴニスト抗体
5. 新規抗c-MPLアゴニスト抗体の作製
5.1 ヒト抗体産生マウスを用いたモノクローナル抗体作製
5.2 定常領域サブクラスの改変によるアゴニスト活性の向上
5.3 MA01G4344Uのin vitro活性
5.4 MA01G4344Uのin vivo活性
5.5 Whole IgGアゴニストの可能性
6. おわりに
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BIO BUSINESS
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食品検査の市場動向
Market of Foods Examination
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【目次】
1. 概要
1.1 食品検査
1.2 食品の安全と食品検査
2. 市場規模
2.1 食品検査の市場規模
2.2 食中毒の発生状況
3. 企業動向
3.1 参入企業
3.2 キューサイ分析研究所
3.3 タカラバイオ
3.4 栄研化学
3.5 東京海上日動リスクコンサルティング
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BIO PRODUCTS
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美容大豆ペプチド
Cosmetic Soy Peptide
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【目次】
1. 概要
2. 安全性
3. 製法
4. 機能性
5. 市場動向
関連商品
酵素と応用製品の市場2020
価格(税込)： 77,000 円
初めての酵素化学
価格(税込)： 5,500 円
