【特集】酵素安定化へのアプローチ

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超好熱菌の極限酵素の耐熱化機構と応用
Molecular Strategy for High Thermostability of Extremozymes and Their Potentiality
for Application

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櫻庭春彦(香川大学　農学部　応用生物科学科　教授)
大島敏久(大阪工業大学　工学部　生命工学科　教授)

超好熱菌が生産する酵素は,耐熱性や高温活性,室温での長期安定性だけでなく,高濃
度の有機溶剤や酸・アルカリなどに対する耐性も優れている。その反面,常温下では活性
が極端に低くなるため,産業や医療などへの応用面で課題もある。近年,ゲノム情報を活
用した超好熱菌酵素の機能・構造解析と応用研究が進んでいる。興味深いことにその中に
は,超好熱菌由来の酵素でありながら常温で十分利用可能な例が存在する。特に,有機合
成やバイオエレクトロセンシングの分野においては,常温での低活性という弱点を凌駕す
る利点を示すものがあり,超好熱菌酵素のさらなる応用展開が期待できる。

【目次】
1.はじめに
2.超好熱菌由来2-デオキシリボース-5-リン酸アルドラーゼの立体構造と安定性
3.超好熱菌DERA のアルドール縮合反応
4.超好熱菌の色素依存性L-プロリン脱水素酵素
5.超好熱菌LPDH の立体構造と安定性
6.色素依存性脱水素酵素を用いたバイオセンサー
7.まとめ

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サポートベクターマシンによる熱安定性が向上する変異体の予測と検証
A Method to Improve Enzyme Thermostability Using Support Vector Machines

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鍔本ひとみ(慶應義塾大学大学院　理工学研究科)
榊原康文(慶應義塾大学　理工学部　生命情報学科　教授)
吉田昭介(慶應義塾大学　理工学部　生命情報学科　助教)
宮本憲二(慶應義塾大学　理工学部　生命情報学科　准教授)

統計学的手法の1 つであるサポートベクターマシンを用いて,熱安定性が向上する可
能性の高い変異を予測するモデルを構築した。そして,グルコース脱水素酵素を例に,こ
のモデルを用いて熱安定性の向上が見込まれる変異部位を推定した。次いで,実験的検証
を行い本手法の実用性を検証した。

【目次】
1.はじめに
2.SVM モデルの構築
2.1　データセットの収集
2.2　ベクトル化手法の検討
2.3　ウインドウ配列のベクトル化
3.実験検証
3.1　変異導入部位の予測
3.2　熱安定性スクリーニング
3.3　熱安定性の詳細解析
3.4　熱安定化機構に関する考察
4.おわりに

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糖類アモルファスに包埋されたタンパク質の熱安定性に関する考察
Thermal Stability of Proteins Embedded in Amorphous Sugars

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鈴木哲夫(京都大学大学院　工学研究科　化学工学専攻　助教)

糖類アモルファスに包埋された酵素(タンパク質)の熱安定性について,糖の結晶化度
との関係などを考察した。糖が形成するアモルファス構造自体が糖―酵素間水素結合を介
して酵素の熱安定化に大きく寄与していること,ならびに糖のアモルファス構造と酵素は
熱失活を防止する上で協調的に作用することが示唆された。

【目次】
1.はじめに
2.糖の結晶化度と酵素活性保持との関係
3.糖―酵素間の水素結合形成度
4.糖の添加量と熱安定化作用との関係
5.おわりに

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植物由来多糖フルクタンによる酵素の安定性向上
Polysaccharide Fructan as Stabilizer for Enzyme

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寺田　聡(福井大学　大学院工学研究科　生物応用化学専攻　准教授)

フルクタンはフルクトースをモノマーとする多糖である。特にラッキョウフルクタンは
水溶性に富み,さらに,生体高分子との相互作用が強いことが示唆されている。このラッ
キョウフルクタンを西洋ワサビペロキシダーゼなどの酵素と共存すると,加熱や低pH で
生じる失活を防ぎ,その効果はトレハロースや牛血清アルブミンに勝る。

【目次】
1.緒　言
2.加熱で生じる失活に対するラッキョウフルクタンの保護効果
3.低pH で生じる失活に対する,ラッキョウフルクタンの酵素保護効果の分子量依存性
4.長期間保存した場合の残存活性
5.結言および展望

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有機溶媒耐性リパーゼの開発
Development of Organic Solvent-tolerant Lipase

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荻野博康(大阪府立大学　大学院工学研究科　教授)

難水溶性化合物を基質とする酵素反応や加水分解酵素を用いて脱水縮合反応を触媒する
場合,反応溶液に有機溶媒を添加することが多い。しかし,多くの酵素は有機溶媒存在下
での安定性が低く,有機溶媒存在下でも高い活性と安定性を有する有機溶媒耐性酵素の開
発に取り組んでいる。本稿では,有機溶媒耐性リパーゼの取得や有機溶媒耐性リパーゼの
有機溶媒耐性の原因について紹介する。

【目次】
1.はじめに
2.有機溶媒耐性リパーゼを生産する有機溶媒耐性微生物
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.おわりに

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代謝産物アナログによる酵素活性化・安定化
Activation and Stabilization of Enzymes in the Presence of Metabolite Analogs

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髙木琴味(甲南大学　フロンティアサイエンス学部　生命化学科)
甲元一也(甲南大学　フロンティアサイエンス学部　生命化学科　准教授)

筆者らのグループではこれまでに,細胞由来の機能性代謝産物を基体として代謝産物ア
ナログのライブラリーを合成し,代謝産物が酵素の活性,安定性に及ぼす影響について評
価,検討してきた。本稿では,それらアナログが引き起こす興味深い酵素活性化や酵素安
定化現象について紹介する。

【目次】
1.はじめに
2.代謝産物アナログライブラリーの構築
3.酵素反応に及ぼす代謝産物アナログの添加効果
4.他の酵素への添加効果
5.酵素活性化メカニズム
6.酵素の構造と機能に及ぼす代謝産物アナログの添加効果
7.おわりに

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BIOR&D

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イガイの接着能力からヒントを得た水中接着剤の開発
Development of Underwater Adhesives Inspired by Mussel Adhesion

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西田　仁(独科学技術振興機構　戦略的創造研究推進事業　高原ソフト界面プロジェクト　研究員)
高原　淳(九州大学　先導物質化学研究所　教授;
独科学技術振興機構　戦略的創造研究推進事業　高原ソフト界面プロジェクト　研究総括)

水中で接着するイガイの接着タンパク質に学び,そのエッセンスを組み込んだミメティ
クスを構築した。このミメティクスの水溶液は,空気酸化によりゲル化し,さまざまな材
料の接着が可能であった。また,酸化剤を加えることにより,水中での接着も可能である
ことを示した。この水溶液は,高い反応性からすぐにゲル化してしまうという問題点が
あったが,光により活性化する機構を導入することにより,ゲル化・接着のタイミングを
光で制御することが可能となった。

【目次】
1.はじめに
2.MAP ミメティクスによる水中接着
2.1　MAP ミメティクスの設計と合成
2.2　MAP ミメティクス水溶液のゲル化
2.3　MAP ミメティクス水溶液による材料の接着
2.4　MAP ミメティクスの接着におけるカテコール基とアミノ基の影響
2.5　MAP ミメティクスによる水中接着
3.光で活性化するMAP ミメティクス
3.1　ケージドMAP ミメティクス水溶液の光活性化によるゲル化
3.2　ケージドMAP ミメティクス水溶液の光活性化による接着
4.おわりに

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TOPICS

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細胞抽出液の濃縮技術-細胞再構築に向けた挑戦-
Condensation of Cell Lysates toward Reconstitution of Living Cells from Materials

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野村M. 慎一郎(東北大学　大学院工学研究科　機械系バイオロボティクス専攻　
分子ロボティクス分野　准教授)
藤原　慶(東北大学　大学院工学研究科　機械系バイオロボティクス専攻　
分子ロボティクス分野 日本学術振興会特別研究員PD)

【目次】
1.物質から細胞を創出できるのか?
2.細胞抽出液は生命構成に必要な要素が全て存在した溶液である
3.従来の細胞抽出液における問題点
4.『無添加』細胞抽出液の調製
5.一般的なタンパク質濃縮法では生体分子成分の変化が避けられない
6.常温真空での蒸発濃縮
7.常温減圧乾燥による生体高分子の濃縮
8.常温減圧乾燥による無添加細胞抽出液の濃縮
9.濃縮した細胞抽出液による生体反応の再現
10.物質と細胞の違いは?　極限まで細胞に近い細胞模型(人工細胞)構築への挑戦