生体反応の電気化学制御とバイオリアクタ-システムのインテリジェント化

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本研究では、酵素や微生物を固体素子化することによって生体物質の触媒機能を電気化学的に制御する方法を創出し、必要な時に必要な量の物質を生産できるインテリジェントバイオリアクタ-を構築することを目的として行った。平成元年度は酵素(グルコ-ス酸化酵素)や酵母を導電性高分子に電解重合法によって固体化すると、酵素活性の電気制御やアルコ-ル産生の電気制御ができることがわかった。平成2年度はこの手法を脱水素酵素やアミノ酸産生菌、酵素産生菌にまで拡大し、以下の結論を得た。1)NADを要求する脱水素酵素の場合は、NAD、電子メディエ-タ-、そして酵素からなる電子伝達系を固体素子化すると酵素活性の電気制御が可能である。2)アミノ酸産生菌(Corynebacterium glu.)を導電性高分子に固定化すると、ビオチンが十分存在するにもかかわらず、菌体膜の透過性を電気制御できるようになり、グルタミン酸生産の電気制御が可能である。3)酵素産生を電気制御するために、βーラクタマ-ゼ遺伝子を組み込んだ細菌を同様にして固体素子化すると酵素産生の電気制御ができることが示された。以上の結果は、電気制御方式のバイオリアクタ-が可能になるとともに発酵生産の電気制御ができることを明示し、出力可変型のインテリジェントバイオリアクタ-が可能になることを意味している。