特殊な酵素とバイオ資源

・注目のバイオ資源

・特殊な酵素

酵素工学(1５回目)

特殊な酵素とバイオ資源

生命の起源 普遍的な祖先

真性細菌

（ Bacteria ） 古細菌

（ Archaea ） 真核生物

（ Eucarya ）

DNA解析による生物の分類

グラム陽性細菌 シアノバクテリア 好熱古細菌

好塩古細菌 メタン菌 動物、植物

菌類、藻類

原生生物

地球上のキノコの種類： 推定１５０万種 日本のキノコの生息数： 約５０００種

食用キノコ： 約１００種 毒キノコ： 約４０種

キノコの種類

ベニテングダケ オニタケ オオワライタケ

ツキヨタケ

ヒカゲシビレタケ カエンタケ

ドクササコ オオシロカラカサタケ

毒キノコ

ヒラタケ

薬用キノコ（健康食品）

アガリクス（ヒメマツタケ） 霊芝

(

マンネンタケ

)

ハナビラタケ

冬虫夏草 カバノアナタケ カワラタケ

アミガサタケ ナラタケ クリタケ

ニガクリタケ トリュフ

食用キノコ

エノキダケ

食用キノコ

ウスヒラタケ

スギヒラタケ

キクラゲ ヤマブシタケ

キノコの形態

スエヒロタケ（菌糸体）

カワラタケ（菌糸体）

シイタケ（子実体）

キノコ由来の医薬品

胃がん

（味の素）

胃がん・直腸がん

（呉羽化学）

子宮頸がん

（台糖）

冬虫夏草が生産する

生理活性物質コルジセピン

（特殊な代謝系）

冬虫夏草について（0）

冬虫夏草について（２）

・ Cordyceps sinensis

(中国天然産, コウモリガの幼虫に寄生)

・ Cordyceps sobolifera

(セミタケ)

・ Cordyceps militaris

(サナギタケ)

・ Cordyceps japonensis

(アリタケ)

・ Isaria japonica

(ハナサナギタケ)

昆虫に寄生するキノコ

抗菌 ⇒ コルジセピン、オフィオコルジン

抗腫瘍 ⇒ コルジセピン、ジオキシアデノシン、エルゴステロールパーオキシド 多糖 (ガラクトマンナン, β-(

1→3

)-

D

-グルカン)

免疫賦活 ⇒ 多糖 (β-(

1→3,1→6

)-

D

-グルカン) 免疫抑制 ⇒ ミリオシン

血糖降下 ⇒ 多糖 (ガラクトグルコマンナン, β-(

1→3

)-

D

-グルカン)

薬理活性の例

抗ガン

（アポトー シス）

生産 分析 抗菌

抗ウイル ス 免疫、

抗炎症 誘導体

その他

コルジセピンとは

Cordycepin

(3’-deoxyadenosine)



プリン

de novo

合成の阻害



DNA, RNA合成の阻害



RNAへのpoly (A)付加阻害



mRNAの細胞質への移送阻害

白血病治療薬phase II

(ClinicalTrials.gov,NIH)

研究報告例 Adenosine

コルジセピンの作用

O O H

N H₂

N N

N N O H

N N

N H₂ N

O N O H O

O

H P O O

O O

P O

N H₂

N N

N N O H O

O

DNA

^転写

RNA

^翻訳

タンパク質

アデノシン

コルジセピン

RNAの伸長阻害

コルジセピン作用機序（核酸伸長阻害）

アデノシン

コルジセピン作用機序（ シグナル伝達阻害 ）

Yu, X. H., J. Y. Ling, et al. (2017). "Cordycepin induces autophagy-mediated c-FLIPL degradation and leads to apoptosis in human non-small cell lung cancer cells. " Oncotarget 8: 6691-6699.

TOR: target of rapamycin

cFLIP: cellular FLICE-like inhibitory protein

アポトーシス コルジセピン

細胞死受容体 細胞膜

細胞質

“Repurposing potential of FDA-approved and investigational drugs for COVID- 19 targeting SARS-CoV-2 spike and main protease and validation by machine learning algorithm.”

にて、

コルジセピンが SARS-CoV-2 の spike

protein 及び main protease と強力な化学的結合を形成すると 報告されました。

また、 Anti-SARS-CoV-2 testing においてウイルス増殖抑制活 性を持つことが示されています。

[文献情報]

Verma, A.K. and Aggarwal, R.: “Repurposing potential of FDA-approved and

investigational drugs for COVID-19 targeting SARS-CoV-2 spike and main protease and validation by machine learning algorithm.”, Chem. Biol. Drug Des., 97(4), 836-853 (2021).

コルジセピンに関する最新の情報

出典：富士フイルム和光純薬HP

https://labchem‐wako.fujifilm.com/jp/product/detail/W01W0103‐

2273.html?fbclid=IwAR2SlaWxjg2eE82WVeey_1NjyPErFMm0MhHWDI zHsnU21bK2W‐AhSVlOjgo

白色腐朽菌が生産する

リグニン分解酵素

白色腐朽菌の利用

●バイオリファイナリー分野への利⽤

リグノセルロース系 バイオマス

バイオ燃料

化成品

前 処 理

発 酵 糖

化

リグニン

セルロース

⽩⾊腐朽菌

⽩⾊腐朽菌が⽣産する リグニン分解酵素

・Manganese peroxidase (MnP)

・Lignin peroxidase (LiP)

・Laccase (Lac) リグニンの分解

難分解性物質の分解

リグニンの分解

O O

Cl Cl

分解可能物質

 合成染料

 ダイオキシン類

 フェノール類

リグニンの 化学構造例

リグニン分解酵素の有害物質分解性

MnP (native)

Compound-I Compound-II

H

²

O H

²

O

MnP (native)

Compound-I Compound-II

H

²

O H

²

O

Catalytic cycle of manganese peroxidase    

反応液組成 1.0 mM   MnSO

₄

50 mM Malonate 0.1 mM   H

₂

O

₂

pH    4.5

マンガンペルオキシダーゼの触媒サイクル

白色腐朽菌 L-25 株

白色腐朽菌を用いた環境修復技術

11.3

万

ha

2.8

万

ha 27.2

万

ha

ブラウンフィールド：

「土壌汚染の存在、ある いはその懸念から、本 来、その土地が有する 潜在的な価値よりも著し く低い用途あるいは未利 用となった土地」

研究の背景-１

出典： 環境省 「土壌汚染をめぐるブラウン フィールド問題の実態等について」

日本のブラウンフィールド

福井新聞

2007

年

8

月

9

日

身近なダイオキシン汚染

ダイオキシン類分解性能の確認－1

酵素活性 分解性

(U/mL) Mn

濃度

(mM)

マロン酸濃度

H

₂

O

₂

(mM)

モデル土壌

No.

24

○

1.9

90 0.56mM 

(

分割添加

) 2 g

(4ngTEQ/g) 1

23

○

3.7

174 2

・酵素液を用いたダイオキシン分解試験 サンプル： 焼却灰濃縮物

分解法： マンガンペルオキシダーゼ酵素反応

（

45 ℃、 50

時間）

H

₂

O

₂分割添加（

0,1,3,7,15,27,45,48h

）

PCDDs PCDFs PCBs Total

Dioxins [pg/g]

0 20000 40000 60000 80000 100000

Control 1 2

PCDDs PCDFs PCBs Total

Dioxins [pg-TEQ/g]

0 1000 2000 3000

4000 Control

1 2

ダイオキシン類分解性能の確認

実測値 毒性等量

７０％以上の低減を確認

酵素を用いたダイオキシン分解試験

27

近年の国内の土壌汚染

2日目 4日目 5日目 7日目

側面

土壌接種時の増殖の様子

ビスフェノールＡ

分解中間体

（未同定）

Time [d]

0 2 4 6 8

Degradation [%]

0 20 40 60 80 100

培養7日目 植菌前

培養による土壌中のビスフェノールＡの分解

0 day 4 days 7 days 10 days

14 days

3 days 6 days 8 days

菌体の様子 培地の様子

L-25株の液体培養による染料の分解

（A. Blue 129）

MnP 生産のスケールアップ

Time [d]

0 2 4 6 8

Glucose [g/L]

0 10 20 30 40 50 60

MnP [U/mL]

0 10 20 30

40 Glucose

MnP

マンガンペルオキシダーゼ生産のスケールアップ

・タンク培養での MnP 生産

委託先： 発酵技術専門企業 菌株： 野生株 L‐25  

Time [d]

0 5 10 15 20

pH [-]

4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0

Glucose [g/L]

0 5 10 15 20 25

Mnp Activity [U/mL]

0 10 20 30

40 pH

Glucose MnP

福井大学

5L

タンク 委託

10L

タンク

Time [d]

0 2 4 6 8

Glucose [g/L]

0 10 20 30 40 50 60

MnP [U/mL]

0 10 20 30

40 Glucose

MnP

委託

500L

タンク（実働体積

200L

）

実規模レベルでの白色腐朽菌の培養

培養日数

(d) MnP

生産性

(U/mL)

スケール

15‐18 40 ‐ 45 

5L (3L)

5 10L (6L) 35

7 500L (200L)  19.5

KDa 60 50 40 30

委 福 M

SDS‐PAGE

による生成物の確認

MnP

工業レベルの生産性を確認

Strage period [d]

0 100 200 300 400 500

MnP activity

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

精製後

Strage period [d]

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

MnP activity

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Storage period [d]

0 20 40 60 80

MnP activity

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

硫 安沈 殿後、 冷蔵（ 5℃）

硫 安沈 殿後、 冷凍-（ -20℃）

マンガンペルオキシダーゼの安定性と原価

粗精製後

未精製酵素（培養液）

価格（円 /U ） 精製度

販売元

0.5

^＊

>30 U/mg 福井大

106,500

>20 U/g Sigma

ー 52 Jena

競争力のある製造原価を達成