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タンパク質多層集積構造を利用してバイオテクノロジーを飛躍させる研究

研究報告コード R030000175
掲載日 2005年2月22日
研究者
  • 斎藤 恭一
研究者所属機関
  • 科学技術振興事業団 さきがけ研究21
研究機関
  • 科学技術振興事業団
報告名称 タンパク質多層集積構造を利用してバイオテクノロジーを飛躍させる研究
報告概要 多孔性中空糸膜(内径2mm,外径3mm,孔の直径0.4μm,孔の体積割合70%)に,長さ0.1μm程度の高分子鎖を,高密度にしかも膜全体に均一にグラフト(接ぎ木)する.以後,この高分子鎖をグラフト高分子鎖と呼ぶ.このグラフト高分子鎖へ荷電基を導入すると,高分子鎖がその電荷によって互いに反発し,孔の表面から孔に向かって高分子鎖がブラシのように伸びる.荷電基密度を変えることにより,この高分子鎖の伸び具合を制御できる.伸びた高分子鎖間に,タンパク質を多層にぎっしりと集積させた形を作り出すことを見出した.この多孔性中空糸膜という“マクロな形”の孔表面上に、形成させた「タンパク質多層集積構造」という“マイクロな形”を利用して,(1)タンパク質の高速・高濃縮精製,(2)光学異性体の高速・完全分離,および(3)高活性な酵素反応という3 つの高性能なはたらきを実現することを研究のねらいとした.
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研究分野
  • 蛋白質・ペプチド一般
関連発表論文 (1) M. Nakamura, S. Kiyohara, K. Saito, K. Sugita, and T. Sugo, High resolution of DL-tryptophan at high flow rates using a bovine serum albumin-multilayered porous hollow-fiber membrane, Anal. Chem., 71, 1323-1325 (1999).
(2) I. Koguma, K. Sugita, K. Saito, and T. Sugo, Multilayer binding of proteins to polymer chains grafted onto porous hollow-fiber membranes containing different anion-exchange groups, Biotechnol. Prog., 16, 456-461 (2000).
(3) T. Kawai, K. Sugita, K. Saito, and T. Sugo, Extension and shrinkage of polymer brush grafted onto porous membrane induced by protein binding, Macromolecules, 33, 1306-1309 (2000).
(4) H. Ito, M. Nakamura, K. Saito, K. Sugita, and T. Sugo, Comparison of L-tryptophan binding capacity of BSA captured by a polymer brush with that of BSA adsorbed onto a gel network, J. Chromatogr. A, 925, 41-47 (2001).
(5) T. Kawai, M. Nakamura, K. Sugita, K. Saito, and T. Sugo, High conversion in asymmetric hydrolysis during permeation through enzyme-multilayered porous hollow-fiber membranes, Biotechnol. Prog., in press.
(6) T. Kawai, K. Saito, K. Sugita, T. Sugo, and H. Misaki, Immobilization of ascorbic acid oxydase in multilayers onto porous hollow-fiber membrane, J. Membrane Sci., 191, 207-213 (2001).
(7) S. Miura, N. Kubota, H. Kawakita, K. Saito, K. Sugita, K. Watanabe, and T. Sugo, High-throughput hydrolysis of starch during permeation across α-amylase-immobilized porous hollow-fiber membranes, Radiat. Phys. Chem., in press.
(8) K. Saito, Charged polymer brush improves separation and reaction in biotechnology, Sep. Sci. Technol., in press.
(9) H. Ogawa, K. Sugita, K. Saito, M. Kim, M. Tamada, A. Katakai, and T. Sugo, Binding of ionic surfactants to charged polymer brushes grafted onto porous substrates, J. Chromatogr. A, in press.
(10) D. Okamura, K. Sugita, K. Saito, M. Tamada, and T. Sugo, Solvent effect of length of polymer brush grafted onto porous membranes, submitted to Chem. Mater.
(11) T. Kawai, H. Kawakita, K. Sugita, K. Saito, M. Tamada, and T. Sugo, Conversion of dextran to cycloisomaltooligosaccharides using enzyme-immobilized porous hollow-fiber membrane, submitted to J. Agric. Food Sci.
(12) H. Kawakita, K. Sugita, K. Saito, M. Tamada, T. Sugo, and H. Kawamoto, Yield of cycloisomaltooligosaccharides from dextran using enzyme immobilized in multilayers onto porous membranes, submitted to Biotechnol. Prog.
(13) T. Kawai, K. Sugita, K. Saito, and T. Sugo, Conditioning effect of charged polymer brush on multilayer binding of enzyme, submitted to J. Membrane Sci.
(14) H. Kawakita, K. Sugita, K. Saito, M. Tamada, T. Sugo, and H. Kawamoto, Optimization of reaction conditions in production of cycloisomaltooligosaccharides using enzyme immobilized in multilayers onto pore surface of porous hollow-fiber membranes, submitted to J. Membrane Sci.
(15) S. Yonezu, H. Kawakita, K. Sugita, K. Saito, M. Tamada, and T. Sugo, Mutilayering of proteins into positively ionizable polymer brushes grafted onto pore surface of porous hollow-fiber membranes, submitted to Macromolecules.
(16) M. Toyahara, K. Sugita, K. Saito, M. Tamada, and T. Sugo, Order variation in successive modification of polymer brushes governs the degrees of their expansion and protein multilayering, submitted to Macromolecules.
(17) S. Yonezu, H. Kawakita, K. Sugita, K. Saito, M. Tamada, and T. Sugo, Urea hydrolysis using urease immobilized in multilayers onto porous hollow-fiber membrane, submitted to J. Chromatogr. A.
(18) 斎藤恭一,高性能な分離を生み出す孔の開いた中空糸,日本繊維学会誌, 55, P334-337 (1999).
(19) 斎藤加織,杉田和之,斎藤恭一,多孔性膜の孔表面に接ぎ木した高分子鎖の架橋とその応用,表面, 39, 226-231 (2001).
(20) K. Saito and T. Sugo, High-performance polymeric materials for separation and reaction, prepared by radiation-induced graft polymerization, Radiation Chemistry: Present Status and Future Trends, C.D. Jonah and B.S.M. Rao (Eds.). Elsevier, 671-704 (2001).
(21) イオン交換学会,日本膜学会,高分子学会SST研究会自由討論会,日本化学会秋季年会
研究制度
  • さきがけ研究21 「形とはたらき」領域
研究報告資料
  • 斎藤 恭一. タンパク質多層集積構造を利用してバイオテクノロジーを飛躍させる研究. 「さきがけ研究21」研究報告会 「形とはたらき」領域 講演要旨集(研究期間:1998-2001),2001. p.55 - 64.

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