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。

由于细胞之间的电子转移（转移）很困难，因此提出了通过电化学操纵电子流动来以环境友好的方式生产有用物质的概念，这是生物能量代谢的基础。细胞膜的物理效应。在本研究中，我们将利用申请人发现的多孔电极制造方法来制造含有高密度微生物的多孔材料，并利用微孔的强电场来控制微生物的功能。为此，建立一个利用电化学能源的新型生物制造平台。今年（第一年）我主要从事以大肠杆菌为反应场的物质转化反应体系和评价体系的搭建。作为物质转化反应，我们选择了细胞色素P450酶反应系统，将容易获得（且廉价）的维生素D3（VD3）转化为羟基化VD3，作为医药原料具有高附加值。构建了表达系统，其中将酶反应所需的基因引入大肠杆菌菌株中。当制备的大肠杆菌在电子介体存在下进行恒电压电解反应，并对反应物进行色谱分析时，在特定条件下证实了羟基化VD3的产生，表明E的电化学反应. 大肠杆菌 我们能够构建系统和分析系统。此外，为了构建使用金属孔电极的酶促反应的评估系统，我们还研究了通过羟化酶的电化学驱动产生羟基化VD3。我们研究了电极界面上的涂层、界面结构和电解电压的影响等各种条件，并能够确认在最佳条件下清晰地生成羟基化VD3。我们能够证明上述有用物质转化反应可以使用金属孔电极进行并定量评估。此外，我们还开发了一种新型微孔金属电极。

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