Redox control of bacterial cells using metal porous materials

使用金属多孔材料控制细菌细胞的氧化还原

• 批准号: 22K18932
• 负责人: 三重 安弘
• 金额: $ 4.16万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18932/
• 关键词: 電解合成; 大腸菌; 多孔質電極; ビタミンD3; シトクロムP450; 酸化還元制御; 微細孔電極; 物質生産

生物エネルギー代謝の根幹である電子の流れを電気化学的に操作することで、微生物機能をより高次に活用して環境に優しい方法で有用物質を生産する概念が提唱されているが、電極-細胞間の電子移動（授受）は細胞膜による物理的な弊害により困難となっている。本研究では、これまでに申請者が見出した多孔性電極の作製法を活用し、高密度に微生物を含んだ多孔質材料を作製し、微細孔の強電場を利用して当該微生物機能を制御する方法を探索し、電気化学エネルギーを利用する新しいバイオものづくり基盤を構築する。本年度（１年目）は、主に大腸菌を反応場とする物質変換反応系と評価系を構築することに従事した。物質変換反応として、入手が容易（安価）なビタミンD3（VD3）を医薬原料等として付加価値値の高い水酸化VD3に変換するシトクロムP450酵素反応系を選択した。当該酵素反応に必要な遺伝子群を大腸菌株に導入した発現系を構築した。作製した大腸菌を電子媒介物質存在下にて、一定電圧の電解反応を実施し、反応物をクロマトグラフィーにて分析したところ、特定の条件において水酸化VD3の生成が確認され、大腸菌の電気化学反応系および分析系を構築できた。また、金属細孔電極を用いた酵素反応の評価系構築を目的として、前記水酸化酵素の電気化学駆動による水酸化ＶＤ３生産の検討も行った。電極界面のコーティング、界面構造や電解電圧の影響など様々な条件を検討し、最適条件下において明瞭な水酸化ＶＤ３の生成を確認できた。金属細孔電極を用いて前述の有用物質変換反応を進行できることおよび定量評価可能であることを実証できた。更に、新しい微細孔金属電極の開発も行った。

该概念已提出，以电化学操纵电子流，这是生物能代谢的基础，该电子通过在更高阶段使用微生物功能来以环保的方式产生有用的物质，但是电极和细胞之间的电子转移（交换）由于细胞膜引起的物理缺点而变得越来越困难。在这项研究中，我们将利用申请人到目前为止发现的生产多孔电极的方法，以高密度生产含有微生物的多孔材料，探索使用微孔强大电场的功能来控制微生物功能的方法，并建立新的生物制造基础，以利用电化学的新生物制造基础。今年（第一年），我参与了建立质量转换反应系统和评估系统，主要使用大肠杆菌作为反应场。作为物质转化反应，选择了细胞色素P450酶反应系统，该酶反应系统易于转换（廉价）维生素D3（VD3），作为药物成分，将维生素D3（VD3）转换为高价值增强的羟基化VD3。构建了一个表达系统，其中将酶反应所需的基因组引入大肠杆菌菌株中。在电子介质存在下，制备的大肠杆菌在恒定电压下进行电解反应，并通过色谱分析反应，并在特定条件下确认了羟基化VD3的形成，允许在电化学反应系统的构建中构建羟基化VD3。此外，还研究了使用金属孔电极构建用于酶反应的评估系统，还研究了通过羟化酶的电化学驾驶生产羟基化VD3。检查了各种条件，例如电极界面的涂层，界面结构和电解电压的影响，并在最佳条件下确认了羟基化VD3的清晰生成。已经证明可以使用金属孔电极进行上述有用的材料转换反应，并且可以进行定量评估。此外，已经开发了新的微孔金属电极。

项目成果

酵素反応を継続的に低環境負荷で進行させるための導電性材料

用于连续酶反应的导电材料，对环境影响低

• 发表时间: 2022
• 作者: 三重安弘;安武義晃
• 通讯作者: 安武義晃

電気的酵素反応を活用する高効率・低環境負荷なファインケミカル合成

利用电酶反应进行高效、低环境影响的精细化学合成

• 发表时间: 2022
• 作者: 三重安弘;安武義晃;三重安弘
• 通讯作者: 三重安弘

Controlling Surface Structure of Nanoporous Gold Catalyst toward Enzymatic Production of Valuable Molecules

控制纳米孔金催化剂的表面结构以酶法生产有价值的分子

• 发表时间: 2022
• 作者: 三重安弘;見上千歳;安武義晃
• 通讯作者: 安武義晃