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【特集】人工改変による機能性タンパク質の開発と応用

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特集にあたって
Introduction

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耐熱性酵素の創成と好熱菌酵素の低温高活性化　　　　　　　　　
Creating Thermostable Enzymes and Enhancing The Low-Temperature Activities of Thermophilic Enzymes

　厳密な基質特異性や触媒効率の良さから, 酵素の工業利用が期待されている。しかし, 天然の酵素は宿主の生育環境に適応しているため, 必ずしもそのまま用いることが適当とは限らない。本稿では, 筆者らの研究室で行われた進化情報を加味した耐熱性酵素の設計と, 反対に, 耐熱性酵素の低温活性を向上させた例を紹介する。

【目次】
1. はじめに
2. 従来の耐熱性酵素設計法
3. 進化情報に基づく耐熱性酵素の創成
4. 少数配列から推定した祖先型酵素の耐熱性
5. 祖先型アミノ酸置換による酵素の耐熱化
6. 進化分子工学による耐熱性酵素の低温高活性化
7. 補酵素結合部位のアミノ酸置換による好熱菌IPMDHの低温高活性化
8. 補酵素結合部位のアミノ酸置換による他の好熱菌由来脱水素酵素の低温高活性化
9. おわりに

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人工改変を駆使した高機能性次世代がん治療抗体の開発　
Development of Highly Functional Next-Generation Cancer Therapeutic Antibodies by Using Protein Engineering

　抗体医薬の多くは既に何らかの人工改変が施されているが, より効果的ながん治療抗体の開発に向けては, 機能性断片同士, あるいは他の機能性分子との融合等により創出される非天然型の抗体に期待が寄せられている。本稿では, 人工改変による高機能性がん治療抗体の開発の現状を概説した後, 我々の取り組みを紹介する。

【目次】
1. はじめに
2. 抗体の基本構造と機能性断片
3. 抗体の人工改変
4. 低分子二重特異性抗体の開発
5. 低分子二重特異性抗体の高機能化
6. 低分子多量体化抗体の開発
7. おわりに

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ラン藻由来アルカン合成関連酵素の高活性化と軽油生産性の向上　　　
Increasing Productivity of Diesel Oils by Improving Cyanobacterial Enzymes for Alkane Biosynthesis

　ラン藻が生産する軽油相当のバイオ燃料は, 地球温暖化の防止に有効な再生可能エネルギーとして注目されている。しかし, ラン藻が持つアルカン合成関連酵素の活性は低いため, それらの高活性化が必要である。本稿では, ラン藻由来アルカン合成関連酵素の高活性化に向けた取り組みをまとめた。

【目次】
1. はじめに
2. 酵素の高活性化に向けた取り組み
3. (1)異なるラン藻種に由来する酵素AARの比較
4. AARの活性と基質特異性の人工改変
5. (2)網羅的変異解析
6. (3)進化分子工学実験
7. その他の取り組み
8. おわりに

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微生物の生育を指標にした選別法によるアミノ酸定量用酵素の開発　　　　　　
Development of Enzymes to Determine Amino Acids By Growth-Dependent Molecular Selection

　新生児マススクリーニングや様々な疾患を検出するために, アミノ酸定量が注目されており, 筆者らはその目的のために定量用酵素の開発を進めている。本稿では, 進化分子工学における酵素改変, 特に「変異導入で酵素が機能を発揮することで, 微生物の生育が促進されるスクリーニング系(growth-dependent molecular selection)」を利用したランダム変異導入による酵素改変について紹介する。

【目次】
1. はじめに
2. アミノ酸要求株を用いた安定な脱水素酵素の創製
2.1　変異導入によるTrpDHの安定化
2.2　微生物の化合物要求性を用いた酵素のスクリーニング
3. 抗生物質耐性マーカーを用いた酸化酵素の可溶性発現
3.1　ビルトイン型補酵素を有するL-リジンε-酸化酵素
3.2　LodAの可溶性発現
3.3　レポータータンパク質融合による変異型酵素の探索
4. おわりに

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人工改変タンパク質を利用したセシウム回収技術の開発　　　
Development of The Cesium Absorption Technique Using Artificially Modified Protein

　我々は, 好塩性タンパク質表面にセシウムイオン(Cs+)を選択して結合する部位を発見した。また, タンパク質のナトリウムイオン(Na+)結合部位を変異導入によって改変し, Cs+結合部位を人工的に作り上げることに成功した。本稿では, これらの知見や技術を利用したCs+回収バイオ材料の創製の可能性について紹介する。

【目次】
1. はじめに
2. 好塩性タンパク質におけるCs+選択的結合部位の発見
3. タンパク質におけるCs+結合部位の人工構築
4. 金属イオン親和性向上のためのタンパク質会合制御技術
5. 実用化に向けた構想

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多機能性カゴ状タンパク質を利用した酸化チタン被膜型カーボンナノチューブの合成とその色素増感太陽電池用素子への応用
Synthesis of TiO2-Coated Carbon Nanotubes by The Multifunctional Cage-Shaped Proteins and The Application into Dye-Sensitized Solar Cell Devices　

　タンパク質やペプチドなどの生体材料が持つナノサイズの特殊な構造や無機材料への吸着・析出能力を利用することで, 高精度なナノ素材を創製することができる。今回, 2種類のカゴ状タンパク質に機能性ペプチドを付加した人工タンパク質を用いて, 太陽電池素子用の新規なカーボンナノチューブを合成した。このナノ素子はその光電変換効率を向上させることができた。

【目次】
1. はじめに
2. カゴ状タンパク質とその内部での無機ナノ粒子形成
3. ペプチドアプタマーの活用とカーボンナノチューブ(CNT)の合成
4. 色素増感太陽電池用電極材料への新規CNT の活用
5. おわりに

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人工改変によるα-グルコシダーゼの基質特異性の改変　　　　　　　 　
Molecular Modification of Alpha-Glucosidase Results in Altered Substrate Specificity

　α-グルコシダーゼはイソマルトオリゴ糖の工業生産に利用される酵素であり, 糖質加工において重要な酵素である。近年, α-グルコシダーゼの基質特異性において「スイッチ」の役割を担うアミノ酸残基が報告されている。本稿では, α-グルコシダーゼの加水分解と糖転移反応に関する人工改変の研究成果を紹介する。

【目次】
1. はじめに
2. α-グルコシダーゼの基質特異性「スイッチ」
3. タンパク質工学によるα-グルコシダーゼの糖転移反応の改変
4. おわりに

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[TOPICS]

材料設計分野におけるシミュレーション解析の利用動向
Usage Trend of Simulation Analysis in Material Design

　材料・化学分野での材料設計に関連したシミュレーション解析の利用動向として, 本稿では, 弊社でサービスを行っている原子・分子レベルのシミュレーションを用いた解析業務の内容を紹介する。解析サービスの利用事例として, 企業からの依頼に基づく解析内容の典型例について述べるとともに, 研究機関からの依頼に基づく先進的な解析事例について述べる。

【目次】
1. はじめに
2. 解析利用の現状
3. 企業による利用事例
3.1　材料の機械的特性
3.2　材料の導電性
3.3　材料の電気伝導特性
3.4　材料の電子状態の時間発展
3.5　分子の立体配座・複合体の立体配座
3.6　高分子の立体配座と特性
3.7　界面への有機分子の吸着構造
4. 研究機関による利用事例
4.1　アパタイトへのペプチド吸着
4.2　ゴム高分子とシリカ
4.3　欠陥グラフェンへの窒素・金属・酸素吸着
5. 解析利用の将来
6. おわりに

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[連載] バイオプラスチックを巡って

第2回:バイオプラスチックとは(分類・種類・市場規模など)-その1

　今回以降4回に渡って, バイオプラスチックを原料バイオマスの利活用方法によって分類し, その市場展開の状況を概観する。今回は, バイオマスを物理的に形態制御することで利活用するタイプ(木質系繊維強化型やバイオマス粉体との複合化型等), およびバイオマスを部分的に構造変換したタイプ(セルロースおよびでん粉誘導体系)を紹介する。

【目次】
1. はじめに
2. バイオマスを物理的手法で利活用したバイオプラスチック
2.1　有機繊維とのコンパウンド化(繊維強化BP)
2.1.1　ケナフとの複合化
2.1.2　竹繊維との複合化
2.1.3　セルロース繊維との複合化
2.1.4　セルロース・ナノファイバー(CNF)との複合化
2.2　木粉, 籾殻や古々米との複合化
2.3　貝殻粉末との複合化
3. バイオマスを生物化学的手法で利活用したバイオプラスチック
3.1　バイオマスの部分構造変換, あるいは変性するケース
3.1.1　セルロース誘導体
3.1.2　でん粉, およびでん粉誘導体

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[ケミカルプロフィル]

グリシン(Glycine)
乳酸-グリコール酸共重合体(poly(lactic-co-glycolic acid), PLGA)

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[ニュースダイジェスト]

・海外編
・国内編