脂質ベシクル型ナノリアクターを機能性生体触媒とするスマートバイオプロセスの開発

使用脂质囊泡纳米反应器作为功能生物催化剂开发智能生物过程

基本信息

批准号：
14750638
负责人：
吉本誠
金额：
$ 2.11万
依托单位：
Yamaguchi University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

脂質ベシグル(リポソーム)と酵素を複合化したナノリアクターを実用的なバイオリアクターへ応用することを目的として、平成14年度に得られた結果に基づき研究を行った。今年度は、ナノリアクターを生体触媒とするスマートバイオプロセスの開発に際して重要となる点に着目して、(1)多種酵素系に着目したナノリアクターの安定化機構、(2)ナノベシクル型リアクターの反応性と安定性の向上及び(3)効率的な反応操作を目的とした小型気泡塔内におけるリポソーム系酵素反応のモデル化に関する検討を行った。(1)では、リポソーム内封入グルコースオキシダーゼ(GO)が遊離GOに比べてグルコース酸化反応時に生成する過酸化水素による阻害を受けずに著しく安定化される機構を解明した。すなわち、市販のGOに微量同伴しているカタラーゼ活性がリポソーム内においてのみ高度に安定化され、生成過酸化水素を分解し続けること及びリポソーム膜自身が過酸化水素分解機能を有することを明らかにした。(2)では、基質であるグルコースの膜透過を促進するタンパク質を脂質膜に組み込み、同時にGOとカタラーゼを、リポソーム内に封入することにより、GOのみを封入したリポソーム系の高い安定性を維持してリポソーム内封入GOの反応性を大幅に改善することができた。(3)では、リポソーム内封入GOによる反応器容積が約20mlの小型外部循環式エアリフト型気泡塔における物質移動を伴うグルコース酸化反応をモデル化した。これによりプロセスの設計において重要となる、スケールアップやバイオリアクターにおけるGOの安定性について定量的に評価・予測する方法を確立した。以上の結果に基づき、従来型の触媒に比べて著しく安定なベシクル型ナノリアクターを応用するスマートバイオプロセスの開発のための重要な指針を示すことができた。

我们以2002年度取得的成果为基础进行了研究，目的是将脂质囊泡（脂质体）和酶复合的纳米反应器应用于实用的生物反应器。今年，我们将重点关注使用纳米反应器作为生物催化剂的智能生物过程的发展要点，我们研究了小气泡柱中基于脂质体的酶反应的建模，目的是（3）提高性能和稳定性以及（3）。高效的反应操作。在（1）中，我们阐明了封装在脂质体中的葡萄糖氧化酶（GO）与游离GO相比显着稳定的机制，且不受葡萄糖氧化过程中产生的过氧化氢的抑制。换言之，表明市售的GO所附带的少量过氧化氢酶活性仅在脂质体内高度稳定并持续分解所产生的过氧化氢，并且脂质体膜本身具有过氧化氢分解功能。 (2)中，促进底物葡萄糖透膜的蛋白质被整合到脂质膜中，同时GO和过氧化氢酶被封装在脂质体内，从而保持了仅封装GO的脂质体系统的高稳定性。我们能够显着提高封装在脂质体中的 GO 的反应性。在（3）中，我们在反应器体积约为 20 ml 的小型外循环气升式泡罩塔中使用脂质体封装的 GO 模拟了涉及传质的葡萄糖氧化反应。因此，我们建立了一种定量评估和预测 GO 在放大和生物反应器中稳定性的方法，这在工艺设计中非常重要。基于上述结果，我们能够为应用囊泡型纳米反应器的智能生物过程的开发提供重要指导，该反应器比传统催化剂更加稳定。