Role of chemical modifications to biomolecules in plasma bioprocessing

生物分子化学修饰在血浆生物处理中的作用

• 批准号: 22H01211
• 负责人: 北野 勝久
• 金额: $ 11.32万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01211/
• 关键词: プラズマ誘起液中化学反応場; プラズマ医療; プラズマ殺菌; 生体高分子反応; プラズマバイオ; 大気圧プラズマ; 過硝酸

これまで行ってきたプラズマ殺菌の研究において格段に高い殺菌力が得られる低pH法における殺菌作用では、細胞に形態的な変化が生じずに、代謝に係わる生理活性が残存したまま、増殖活性のみが失われてるという特徴があった。このような特異的な殺菌は、UV殺菌においてDNAダメージが生じるケースと類似しているが、プラズマ殺菌の場合はDNAのダメージが皆無であった。そのため、細胞内のタンパク質の化学修飾による生化学的な不活化が重要であると考え、ポリアクリルアミド電気泳動（SDS-PAGE）によるタンパク質の分析を試みた。染色方法にもよるのだがSDS-PAGEでは、多くの細菌からタンパク質を回収する必要があり、殺菌対象の菌液の高濃度化ならび大量化を行うこととした。過去に行ってきた殺菌条件と同じような反応速度で殺菌が可能な条件を見つけることから実験を進めた。殺菌後の細菌のタンパク質を分析したところ、特定のバンド構造のシフトを示唆する結果が得られたものの、化学反応速度論的な評価を行うためには、上記に示したようにタンパク質の量が不十分であったために、十分に高いS/Nが得られなかったが、最適化が進んだことから今後は十分なS/Nが得られる目処が付いた。一般的な殺菌実験では生菌数を数桁低下させるが、細胞へのダメージの評価はリニアでの評価になるために、生菌数の低下、つまり殺菌効果を1桁程度に押さえつつ、その時に生じる生体分子の化学修飾を評価する必要があり、この点が実験的に難易度が高い。生体分子の一つであるアミロイドβに関する研究を進めた。凝集することで生体内のプロテアーゼにより分解が困難な形態になり、アルツハイマー病の原因となっている。過硝酸は化学修飾が行われ凝集が起こりにくくなることが判明した。このような研究によりアルツハイマー病の原因物質に関する知見が得られる。

在对血浆灭菌的研究中，我们一直在进行迄今为止，低pH方法的杀菌作用（可提供极高的杀菌能力）具有这样的特征，即细胞中没有发生形态学变化，从而使代谢性涉及的生理活性保持不变，并且只有增殖活性就丢失了。这种特定的灭菌类似于紫外线灭菌中DNA损伤的情况，但是在血浆灭菌的情况下，DNA没有损伤。因此，我们认为细胞内蛋白质的化学修饰生化灭活很重要，我们试图通过聚丙烯酰胺电泳（SDS-PAGE）分析蛋白质。它取决于染色方法，但是在SDS-PAGE的情况下，必须从许多细菌中收集蛋白质，并且要灭菌的细菌溶液的浓度和质量会增加。实验是通过发现允许以与我们过去执行的灭菌条件相同的反应速率进行灭菌的条件来进行的。当在灭菌后分析细菌蛋白时，结果表明特定条带结构发生了变化，但是为了进行化学反应动力学评估，由于上述所示的蛋白质不足，无法获得足够高的S/N，但是随着优化的进展，可以在未来获得足够的S/N。一般的杀菌实验将活细菌的数量减少了几个数量级，但是根据评估细胞损害的顺序，有必要评估当时发生的生物分子的化学修饰，同时将活细菌的数量保持在降低一个数量级的同时，这是一种实验性的困难。我们对淀粉样β（其中一种生物分子之一）进行了研究。聚集会导致人体在体内被蛋白酶很难分解，从而导致阿尔茨海默氏病。发现丁二酸是化学修饰的，并且引起聚集的可能性较小。这样的研究提供了对阿尔茨海默氏病的病因物质的见解。