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1
可溶性ギ酸デヒドロゲナーゼの
製造技術
信州大学 農学部 応用生命科学科
助教 伊原 正喜
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2
二酸化炭素固定化酵素 ギ酸デヒドロゲナーゼ
CO2 + 2H+ + 2e- HCOOH 常温常圧
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3
PSII
2H2O
PSI
O2
e-
ギ酸デヒドロゲナーゼ
HCOOH
2H++ CO2
光駆動のバイオギ酸生産 バイオギ酸燃料電池
ギ酸デヒドロゲナーゼ
HCOOH CO2
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4
ギ酸デヒドロゲナーゼ
NAD+
NADH
CO2
HCOOH
CO2
HCOOH
e- Mo-pterin
NADH型ギ酸デヒドロゲナーゼ
FeS cluster
モリブドプテリン型ギ酸デヒドロゲナーゼ
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5
S
S
S
S
Mo
SH Se
CH2
S
S
S
S
Mo
SH
SeH CH2
S
S
S
S
Mo
SH
Se CH2
O
O
C H
± CO2
± H+
± HCOOH
2e-
Romao, Dalton Trans., 2009, 4053-4068
提唱されているモリブドプテリン型ギ酸デヒドロゲナーゼの反応機構
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6
問題点
安定性に課題
→ 実用化には改良が必要
しかし、
アミノ酸置換による改良方法が確立していない
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7
アミノ酸
アミノ酸配列
構造(機能)
DNA配列
DNA配列を操作すれば、蛋白質の機能も操作できる
アミノ酸置換による蛋白質の改変とは?
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8
アミノ酸置換による蛋白質の改変とは?
細胞(宿主)
染色体DNA
配列情報読みとり&
蛋白質合成装置
アミノ酸配列をコード
小型環状DNA
(ベクター)
蛋白質(アミノ酸重合体)合成
宿主ベクター系
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9
ギ酸デヒドロゲナーゼの
宿主ベクター系の開発に成功
FDH-N promoter
FDH-O promoter
微好気条件、37℃、2日間
大腸菌FDH
大腸菌
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A111
A114
I134 Y138
A141
L150
ギ酸デヒドロゲナーゼの安定化に成功
10
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11
新技術の特徴・従来技術との比較
本技術の適用により、
• 多様なギ酸デヒドロゲナーゼ改変体の調製が可能となった
• 可溶型ギ酸デヒドロゲナーゼ改変体の創出が可能になった
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想定される用途
• ギ酸デヒドロゲナーゼの大量生産
• ギ酸デヒドロゲナーゼの改良
• 改良されたギ酸デヒドロゲナーゼを電極や光触媒に固定化することで、二酸化炭素固定、ギ酸分解反応などに利用できる。
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実用化に向けた課題(さらなる安定化)
• 膨大な数の変異体を、ハイスループットにスクリーニングするためのシステムが必要であり、
• 自動化することが好ましい。
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• 蛋白質構造を予測する新しい方法の開発
実用化に向けた課題(さらなる安定化)
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• 蛋白質構造を予測する新しい方法の開発
実用化に向けた課題(さらなる安定化)
![Page 16: 可溶性ギ酸デヒドロゲナーゼの 製造技術 - JSTshingi.jst.go.jp/past_abst/abst/p/14/1474/social04.pdf1 可溶性ギ酸デヒドロゲナーゼの 製造技術 信州大学](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022053116/60954aaa537c59546949b294/html5/thumbnails/16.jpg)
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• 蛋白質構造を予測する新しい方法の開発
実用化に向けた課題(さらなる安定化)
![Page 17: 可溶性ギ酸デヒドロゲナーゼの 製造技術 - JSTshingi.jst.go.jp/past_abst/abst/p/14/1474/social04.pdf1 可溶性ギ酸デヒドロゲナーゼの 製造技術 信州大学](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022053116/60954aaa537c59546949b294/html5/thumbnails/17.jpg)
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• 蛋白質構造を予測する新しい方法の開発
実用化に向けた課題(さらなる安定化)
・ギ酸デヒドロゲナーゼの改良の効率化
・あらゆる酵素の改良の効率化
・ウイルス中和抗体の設計の効率化
・ドラッグデザインの効率化 などなど
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企業への期待
• 産業ロボットの技術転用による高度スクリーニングシステム開発
→ 産業ロボットの技術を持つ
企業との共同研究を希望
• 分子模型蛋白法を用いた構造予測法の精度改善
→ プラスチック加工技術を持ち、
企業との共同研究を希望
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本技術に関する知的財産権
• 発明の名称 :可溶型ギ酸デヒドロゲナーゼの発現システム
• 出願番号 :特願2014-248927
• 出願人 :信州大学
• 発明者 :伊原正喜、河野祐介
• 発明の名称 :分子模型および分子構造の再現方法
• 出願番号 :特願2014-155456
• 出願人 :信州大学
• 発明者 :伊原正喜