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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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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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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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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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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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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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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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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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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

A111

A114

I134 Y138

A141

L150

ギ酸デヒドロゲナーゼの安定化に成功

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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）

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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）

・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

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お問い合わせ先

信州大学

産学官連携コーディネーター 唐木 好美

ＴＥＬ 0265-77-1649

ＦＡＸ 0265-77-1647

e-mail ykaraki@shinshu-u.ac.jp