【研究分野】化学工学一般

【研究領域課題番号】08305031 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

バイオプロセス / 分離精製 / 複合化 / 細胞破壊 / アフィニティクロマトクラフィー / 逆ミセル / 精密3過 / 水性二相抽出 / バイオプロダクツ / アフィリニティクロマトグラフィー / 精密ろ過 / タンパク質 / 粗酵素 / クロマトグラフィー / 電気泳動 / ペプチド / 水性二相系 / クロマトグラフィ / アフィヒティ

【研究成果の概要】

バイオプロセスにおける分離精製の要素技術を視野に入れて検討した。対象とした要素技術は、細胞の破壊回収、水性二相系による粗分離操作、精密ろ過膜による分離、アフィンティクロマトグラフィー、ストレス応答を利用した分離、逆ミセル分離、電気泳動法等である。
細胞の破壊回収操作では、培養段階における細胞内生産過程と生産物回収過程を複合させた効率的な生産プロセスの構築を目的として、自己破壊性細胞の開発を研究した。今後宿主-ファージ系での新規の溶菌酵素の発見が期待され、分離精製過程の短縮に結び付けられることがわかった。
精密濾過膜を改質し、荷電、疎・水性、イオン交換能を持つ精密濾過膜による、目的酵素と共存物質の吸着・脱着特性と操作条件との関係を検討し、その分離・精製への膜クロマトグラフィーの適用と、他の分離要素との複合化について考察した。
逆ミセルの分離の選択性を高めるために、バイオアフィニティ技術の逆ミセル抽出法への遵入、リン脂質を利用した生体適合性の高い逆ミセルの開発、タンパク質のリフォールティングへの応用など、複合化を目指した逆ミセルの新展開を行なった。
循環式フリーフロー電気泳動装置を改良して、泳動質外部に資料リザーバーを設けて、処理量を任意に可変可能とし、さらに連続操作を可能にした。3成分のタンパク質の連続分離操作を実験および数学的モデルのシミュレーションより、印加電圧を高くし、循環流量を押さえると、高純度の製品がえられることを示した。
その他の要素についても複合化を意識した開発、改良結果について検討し、最終報告書の形でまとめている。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】1996 - 1998

【配分額】20,600千円 (直接経費: 20,600千円)

【研究分野】反応・分離工学

【研究領域課題番号】07305061 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

タンパク質 / 液体膜 / バイオ分離プロセス / マイクロエマルション / 逆ミセル / 抽出 / 抗生物質 / 界面活性剤 / 液膜

【研究成果の概要】

本年度の成果内容を下記に示す。
(1)液膜による脱塩法の実用化の観点から乳化液膜を用いた場合の装置形式について検討した。カチオン及びアニオン輸送用の2種類のW/Oエマルションを、互いに接触せずかつ同時に原料相と接触させる必要性があることから、撹拌槽を隔膜(フッ素コーティングを施したステンレス製金網)で仕切る形式が有効であることがわかった。
(2)カチオン交換型抽出剤D2EHPAを用いることにより、セファレキシンの分離回収を安定かつ良好に行えることがわかった。また、セファレキシンとD2EHPAの錯形成反応における量論関係は1:2であることを明らかにすると共に、金属抽出で使われる反応と拡散を考慮に入れた速度式を参考にセファレキシンとセファレキシン-D2EHPA錯体の反応が律速段階となる抽出機構を提案した。
(3)硝酸銀含浸液膜による高度不飽和脂肪酸エステルの分離において、膜内に温度勾配をつけることにより、温度差を駆動力として溶質を汲み上げ輸送することができた。また、新規に作製した種々の親水性膜は水溶液を膜液とする液膜の支持膜として有用であった。
(4)エリスロマイシン(抗生物質)の水相-油相間における分配挙動を明らかにした。支持液膜を透したエリスロマイシンの透過機構を明らかにした。乳化液膜によるエリスロマイシン濃縮における濃縮率の向上法を提案した。
(5)新しく構築した逆ミセル溶液が、高活性なタンパク質の高次構造を認識できる可能性が示された。また、逆ミセル溶液の新しい展開として、タンパク質のリフォルディングの場として有効であることが明らかとなった。
(6)非イオン性界面活性剤を主体とするマイクロエマルションに機能性分子を組み込むと、分子認識に基づく特定タンパク質の選択分離や、酵素の変性を抑えた高機能反応場の構築が可能となることがわかった。
(7)代表的なナノ会合コロイドであるリポソームと変性タンパク質との相互作用では、膜表面の流動性など動的な状態が、変性タンパク質の局所的疎水部位との結合に重要であることを明らかにした。またリポソームは、その膜特性を粒径・表面修飾等で制御することにより、酵素のリフォルディング中に生ずる疎水的な中間体に効果的に作用してシャペロニン機能を発言することが判明した。
(8)ケロシン及びシリコンオイルを有機溶媒とした新規な逆ミセル系を調整し、モデルタンパク質lysozymeの正・逆抽出挙動を検討し、有機相中のAOT濃度及び水相のpHとKCl濃度の影響を明らかにした。また、溶媒としてイソオクタンを用いた回転円盤抽出塔によるlysozymeの連続抽出操作を行い、その安定な操作性を示すと共に、実測した濃度分布を基に混合拡散係数と総括物質移動係数を決定した。
(9)AOT/イソオクタン逆ミセル系によるリゾチームの正・逆抽出速度に及ぼすAOT濃度、温度、アルコール添加など諸因子の影響を明らかにした。また、撹拌槽抽出操作による迅速な濃縮回収結果を示し、実用化への展開の可能性を示唆した。
(10)バイオ分離へのキャリア輸送に基づく液膜分離の適用性を、D2EHPAによるリジン並びにAOT/イソオクタン逆ミセルによるリゾチーム系で検討した。逆抽出速度が経時的に低下し、透過基質が膜液中に蓄積する傾向を認めた。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】1995 - 1996

【配分額】3,000千円 (直接経費: 3,000千円)