2022/06/28 更新

写真a

ウメノ ダイスケ
梅野 太輔
所属
理工学術院 先進理工学部
職名
教授

兼担

  • 理工学術院   大学院先進理工学研究科

学内研究所等

  • 2021年
    -
    2022年

    理工学術院総合研究所   兼任研究員

 

論文

  • Redesigning carotenoid-producing Escherichia coli to geranyl pyrophosphate accumulator

    Takumi Ojima, Yusuke Otani, Shigeko Kawai-Noma, Kyoichi Saito, Daisuke Umeno

    Car. Sci., in press    2022年

  • A novel carotenoid biosynthetic route via oxidosqualene

    Yusuke Otani, Takashi Maoka, Kawai-Noma Shigeko, Kyoichi Saito, Daisuke Umeno

    Biochemical and Biophysical Research Communications, in press    2022年

  • Oxidosqualene-based carotenoid pathway for the detection of triterpene cyclase activities

    Yusuke Otani, Takumi Ojima, Miho Takemura, Norihiko Misawa, Shigeko, Kawai-Noma, Kyoichi Saito, Daisuke Umeno

    Car. Sci., in press    2022年

  • Off-switching property of quorum sensor LuxR via As(III)-induced aggregation

    Rina Ayuba, Daisuke Umeno, Shigeko Kawai-Noma

    J. Biosci. Bioeng.   133 ( 4 ) 335 - 339  2022年

  • Robust and flexible platform for directed evolution of yeast genetic switches

    Masahiro Tominaga, Kenta Nozaki, Daisuke Umeno, Jun Ishii, Akihiko Kondo

    Nature Communications   12 ( 1 )  2021年12月  [査読有り]

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    <title>Abstract</title>A wide repertoire of genetic switches has accelerated prokaryotic synthetic biology, while eukaryotic synthetic biology has lagged in the model organism <italic>Saccharomyces cerevisiae</italic>. Eukaryotic genetic switches are larger and more complex than prokaryotic ones, complicating the rational design and evolution of them. Here, we present a robust workflow for the creation and evolution of yeast genetic switches. The selector system was designed so that both ON- and OFF-state selection of genetic switches is completed solely by liquid handling, and it enabled parallel screen/selection of different motifs with different selection conditions. Because selection threshold of both ON- and OFF-state selection can be flexibly tuned, the desired selection conditions can be rapidly pinned down for individual directed evolution experiments without a prior knowledge either on the library population. The system’s utility was demonstrated using 20 independent directed evolution experiments, yielding genetic switches with elevated inducer sensitivities, inverted switching behaviours, sensory functions, and improved signal-to-noise ratio (&gt;100-fold induction). The resulting yeast genetic switches were readily integrated, in a plug-and-play manner, into an AND-gated carotenoid biosynthesis pathway.

    DOI

  • Improvement of the dP-nucleoside-mediated herpes simplex virus thymidine kinase negative-selection system by manipulating dP metabolism genes.

    Shigeko Kawai-Noma, Kazuya Saeki, Tatsuya Yumoto, Katsuya Minakata, Kyoichi Saito, Daisuke Umeno

    Journal of bioscience and bioengineering   130 ( 2 ) 121 - 127  2020年08月  [査読有り]  [国内誌]

    担当区分:最終著者

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    A variety of positive/negative selection systems have been exploited as genome engineering tools and screening platforms for genetic switches. While numerous positive-selection systems are available, only a handful of negative-selection systems are useful for such applications. We previously reported a powerful negative-selection system using herpes simplex virus thymidine kinase (HsvTK) and the mutagenic nucleoside analog 6-(β-d-2-deoxyribofuranosyl)-3,4-dihydro-8H-pyrimido [4,5-c][1,2] oxazin-7-one (dP). Upon addition of 1000 nM dP, cells expressing HsvTK quickly die, with unprecedented efficacy. However, this selection procedure elevates the spontaneous mutation rate of the host cells by 10-fold due to the mutagenic nature of dP. To decrease the operative concentration of dP required for negative selection, we systematically created the strains of Escherichia coli either by removing or overexpressing genes involved in DNA/RNA metabolism. We found that over-expression of NupC and NupG (nucleoside uptake-related inner membrane transporters), Tsx (outer membrane transporter), NdK (nucleotide kinase) sensitized E. coli cells to dP. Simultaneous overexpression of these three genes (ndk-nupC-tsx) significantly improved the dP-sensitivity of E. coli, lowering the necessary operative concentration of dP for negative selection by 10-fold. This enabled robust and selective elimination of strains harboring chromosomally-encoded hsvtk simply by adding as low as 100 nM dP, which causes only a modest increase in the spontaneous mutation frequency as compared to the cells without hsvtk.

    DOI PubMed

  • Astaxanthin production in a model cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803.

    Naoya Shimada, Yukiko Okuda, Kaisei Maeda, Daisuke Umeno, Shinichi Takaichi, Masahiko Ikeuchi

    The Journal of general and applied microbiology   66 ( 2 ) 116 - 120  2020年06月  [査読有り]  [国内誌]

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    Heterologous production of a useful carotenoid astaxanthin was achieved in a cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803 with the aid of marine bacterial genes. Astaxanthin and its intermediates emerged at high levels, whereas β-carotene and zeaxanthin disappeared in the strain. Total carotenoid accumulation was nearly two fold compared with wild type. The astaxanthin-producing strain was capable of only growing heterotrophically, which was likely due to the absence of β-carotene. Further enhanced accumulation was pursued by gene overexpression for possible rate-limiting steps in the biosynthesis pathway.

    DOI PubMed

  • Directed Evolution of the Stringency of the LuxR Vibrio fischeri Quorum Sensor without OFF-State Selection.

    Yuki Kimura, Shigeko Kawai-Noma, Kyoichi Saito, Daisuke Umeno

    ACS synthetic biology   9 ( 3 ) 567 - 575  2020年03月  [査読有り]  [国際誌]

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    Stringency (low leak) is one of the most important specifications required for genetic circuits and induction systems, but it is challenging to evolve without sacrificing the maximum output level. This problem also comes from the absence of truly tunable negative selection methods. This paper reports that stringently switching variants can sometimes emerge with surprising frequency upon mutations. We randomly mutated the previously generated leaky variants of LuxR, the quorum-sensing transcription activator from Vibrio fischeri, to restore the stringency. We found as much as 10-20% of the entire population exhibited significantly improved signal-to-noise ratios compared with their parents. This indicated that these mutants arose by the loss of folding capability by accumulating destabilizing mutations, not by introducing rare adaptive mutations, thereby becoming AHL-dependent folders. Only four rounds of mutagenesis and ON-state selection resulted in the domination of the entire population by the improved variants with low leak, without direct selection pressure for stringency. With this surprising frequency, conversion into the "ligand-addicted folders" should be one of the prevailing modes of evolving stringency both in the laboratory and in nature, and the workflow described here provides a rapid and versatile method of improving the signal-to-noise ratio of various genetic switches.

    DOI PubMed

  • Pathway engineering for efficient biosynthesis of violaxanthin in Escherichia coli

    Miho Takemura, Akiko Kubo, Yuki Higuchi, Takashi Maoka, Takehiko Sahara, Katsuro Yaoi, Kohji Ohdan, Daisuke Umeno, Norihiko Misawa

    Applied Microbiology and Biotechnology   103 ( 23-24 ) 9393 - 9399  2019年12月

    DOI PubMed

  • Pathway engineering for efficient biosynthesis of violaxanthin in Escherichia coli.

    Miho Takemura, Akiko Kubo, Yuki Higuchi, Takashi Maoka, Takehiko Sahara, Katsuro Yaoi, Kohji Ohdan, Daisuke Umeno, Norihiko Misawa

    Applied microbiology and biotechnology   103 ( 23-24 ) 9393 - 9399  2019年12月  [査読有り]  [国際誌]

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    Carotenoids are naturally synthesized in some species of bacteria, archaea, and fungi (including yeasts) as well as all photosynthetic organisms. Escherichia coli has been the most popular bacterial host for the heterologous production of a variety of carotenoids, including even xanthophylls unique to photosynthetic eukaryotes such as lutein, antheraxanthin, and violaxanthin. However, conversion efficiency of these epoxy-xanthophylls (antheraxanthin and violaxanthin) from zeaxanthin remained substantially low. We here examined several factors affecting their productivity in E. coli. Two sorts of plasmids were introduced into the bacterial host, i.e., a plasmid to produce zeaxanthin due to the presence of the Pantoea ananatis crtE, crtB, crtI, crtY, and crtZ genes in addition to the Haematococcus pluvialis IDI gene, and one containing each of zeaxanthin epoxidase (ZEP) genes originated from nine photosynthetic eukaryotes. It was consequently found that paprika (Capsicum annuum) ZEP (CaZEP) showed the highest conversion activity. Next, using the CaZEP gene, we performed optimization experiments in relation to E. coli strains as the production hosts, expression vectors, and ribosome-binding site (RBS) sequences. As a result, the highest productivity of violaxanthin (231 μg/g dry weight) was observed, when the pUC18 vector was used with CaZEP preceded by a RBS sequence of score 5000 in strain JM101(DE3).

    DOI PubMed

  • 【NEDOスマートセルプロジェクト】メタボライトセンサ構築技術 スマートセル開発のためのメタボライトセンサ製作技術

    関 貴洋, 小林 一幾, 梅野 太輔

    バイオサイエンスとインダストリー   77 ( 6 ) 516 - 517  2019年11月

  • Nonnatural biosynthetic pathway for 2-hydroxylated xanthophylls with C50-carotenoid backbone.

    Ling Li, Maiko Furubayashi, Yusuke Otani, Takashi Maoka, Norihiko Misawa, Shigeko Kawai-Noma, Kyoichi Saito, Daisuke Umeno

    Journal of bioscience and bioengineering   128 ( 4 ) 438 - 444  2019年10月  [査読有り]  [国内誌]

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    Carotenoids are structurally diverse pigments with various important biological functions. There has been a large interest in the search for novel carotenoid structures, since only a slight structural changes can result in a drastic difference in their biological functions. Carotenoid-modifying enzymes show remarkable substrate promiscuity, allowing rapid access to a vast set of novel carotenoids by combinatorial biosynthesis. We previously constructed a nonnatural carotenoid biosynthetic pathway in Escherichia coli that can produce C50 carotenoids having a longer chain than their natural C40 counterparts. In this study, a carotenoid 2,2'-hydroxylase (crtG) from Brevundimonas sp. SD212 was coexpressed together with our laboratory-engineered C50-zeaxanthin and C50-astaxanthin biosynthetic pathways. We identified six novel nonnatural C50-xanthophylls, namely, C50-nostoxanthin, C50-caloxanthin, C50-adonixanthin, C50-4-ketonostoxanthin, C50-2-hydroxyastaxanthin, and C50-2,2'-dihydroxyastaxanthin.

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  • Improvement of protein binding capacity of acrylic-acid-grafted fibers by polymer root-to-brush shift

    Yuka Matsuzaki, Takeshi Itabashi, Shigeko Kawai-Noma, Daisuke Umeno, Kyoichi Saito

    RADIATION PHYSICS AND CHEMISTRY   158   131 - 136  2019年05月  [査読有り]

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    A weak acid cation exchange fiber used for large-scale antibody purification was prepared by radiation-induced graft polymerization of acrylic acid (AA) onto a commercially available nylon-6 fiber. The AA-grafted fiber was post-treated by conditioning in NaOH aqueous solution at 298 K followed by immersion in water at 353 K to increase the protein binding capacity of the cation exchange fiber. A 2 g/L lysozyme solution buffered at pH 6.0 flowed through a column charged with a treated or untreated AA-grafted fiber at a space velocity of 20 h(-1). The 10% dynamic binding capacity of the column charged with the former fiber of 200 mg/mL-column was 5.9-fold that of the column charged with the latter fiber, and 2.3-fold that (88 mg/mL-column) of a column charged with CM Sepharose (TM) Fast Flow (GE Healthcare).

    DOI

  • Construction of a Nonnatural C60 Carotenoid Biosynthetic Pathway.

    Ling Li, Maiko Furubayashi, Takuya Hosoi, Takahiro Seki, Yusuke Otani, Shigeko Kawai-Noma, Kyoichi Saito, Daisuke Umeno

    ACS synthetic biology   8 ( 3 ) 511 - 520  2019年03月  [査読有り]  [国際誌]

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    Longer-chain carotenoids have interesting physiological and electronic/photonic properties due to their extensive polyene structures. Establishing nonnatural biosynthetic pathways for longer-chain carotenoids in engineerable microorganisms will provide a platform to diversify and explore the potential of these molecules. We have previously reported the biosynthesis of nonnatural C50 carotenoids by engineering a C30-carotenoid backbone synthase (CrtM) from Staphylococcus aureus. In the present work, we conducted a series of experiments to engineer C60 carotenoid pathways. Stepwise introduction of cavity-expanding mutations together with stabilizing mutations progressively shifted the product size specificity of CrtM toward efficient synthases for C60 carotenoids. By coexpressing these CrtM variants with hexaprenyl diphosphate synthase, we observed that C60-phytoene accumulated together with a small amount of C65-phytoene, which is the largest carotenoid biosynthesized to date. Although these carotenoids failed to serve as a substrate for carotene desaturases, the C25-half of the C55-phytoene was accepted by the variant of phytoene desaturase CrtI, leading to accumulation of the largest carotenoid-based pigments. Continuing effort should further expand the scope of carotenoids, which are promising components for various biological (light-harvesting, antioxidant, and communicating) and nonbiological (photovoltaic, photonic, and field-effect transistor) systems.

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  • Genetically engineered biosynthetic pathways for nonnatural C60 carotenoids using C5-elongases and C50-cyclases in Escherichia coli.

    Ling Li, Maiko Furubayashi, Shifei Wang, Takashi Maoka, Shigeko Kawai-Noma, Kyoichi Saito, Daisuke Umeno

    Scientific reports   9 ( 1 ) 2982 - 2982  2019年02月  [査読有り]  [国際誌]

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    While the majority of the natural carotenoid pigments are based on 40-carbon (C40) skeleton, some carotenoids from bacteria have larger C50 skeleton, biosynthesized by attaching two isoprene units (C5) to both sides of the C40 carotenoid pigment lycopene. Subsequent cyclization reactions result in the production of C50 carotenoids with diverse and unique skeletal structures. To produce even larger nonnatural novel carotenoids with C50 + C5 + C5 = C60 skeletons, we systematically coexpressed natural C50 carotenoid biosynthetic enzymes (lycopene C5-elongases and C50-cyclases) from various bacterial sources together with the laboratory-engineered nonnatural C50-lycopene pathway in Escherichia coli. Among the tested enzymes, the elongases and cyclases from Micrococcus luteus exhibited significant activity toward C50-lycopene, and yielded the novel carotenoids C60-flavuxanthin and C60-sarcinaxanthin. Moreover, coexpression of M. luteus elongase with Corynebacterium cyclase resulted in the production of C60-sarcinaxanthin, C60-sarprenoxanthin, and C60-decaprenoxanthin.

    DOI PubMed

  • Construction of a pathway to C50-ε-carotene.

    Yusuke Otani, Takashi Maoka, Shigeko Kawai-Noma, Kyoichi Saito, Daisuke Umeno

    PloS one   14 ( 5 ) e0216729 - e0216729  2019年  [査読有り]  [国際誌]

    担当区分:最終著者

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    Substrate tolerance of bacterial cyclases has been demonstrated in various contexts, but little is known about that of plant cyclases. Here, we tested two plant ε-cyclases to convert C50-lycopene, which we previously established by rounds of directed evolution. Unlike bacterial β-cyclases, two-end cyclase from lettuce exhibited complete specificity against this molecule, indicating that this enzyme has some mechanism that exerts size-specificity. Arabidopsis one-end cyclase At-y2 showed detectable activity to C50-lycopene. Interestingly, we found that it functions as a two-end cyclase in a C50 context. Based on this observation, a possible model for substrate discrimination of this enzyme is proposed.

    DOI PubMed

  • Tweezing the cofactor preference of gymnosperm pinene synthase.

    Miki Tashiro, Koyo Ono, Yuki Kimura, Shigeko Kawai-Noma, Kyoichi Saito, Daisuke Umeno

    Bioscience, biotechnology, and biochemistry   82 ( 6 ) 1058 - 1061  2018年06月  [査読有り]  [国際誌]

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    The cellular activities of gymnosperms monoterpene synthases are largely compromised due to their requirement for manganese, which is deficient in microbial cells. Through site-saturation mutagenesis of the residue adjacent to metal-binding glutamate, we found that pinene synthase is highly mutable at this position yet drastically alter their metal binding preference, thereby quickly improving the cellular performance in heterologous hosts.

    DOI PubMed

  • High-resolution separation of neodymium and dysprosium ions utilizing extractant-impregnated graft-type particles.

    Shoichiro Uchiyama, Takaaki Sasaki, Ryo Ishihara, Kunio Fujiwara, Takanobu Sugo, Daisuke Umeno, Kyoichi Saito

    Journal of chromatography. A   1533   10 - 16  2018年01月  [査読有り]  [国際誌]

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    An efficient method for rare metal recovery from environmental water and urban mines is in high demand. Toward rapid and high-resolution rare metal ion separation, a novel bis(2-ethylhexyl) phosphate (HDEHP)-impregnated graft-type particle as a filler for a chromatography column is proposed. To achieve rapid and high-resolution separation, a convection-flow-aided elution mode is required. The combination of 35 μm non-porous particles and a polymer-brush-rich particle structure minimizes the distance from metal ion binding sites to the convection flow in the column, resulting in minimized diffusional mass transfer resistance and the convection-flow-aided elution mode. The HDEHP-impregnated graft-type non-porous-particle-packed cartridge developed in this study exhibited a higher separation performance for model rare metals, neodymium (III) and dysprosium (III) ions, and a narrower peak at a higher linear velocity, than those of previous HDEHP-impregnated fiber-packed and commercially available Lewatit® VP OC 1026-packed cartridges.

    DOI PubMed

  • Reduction of Supercooling of Heavy Water with Silver Iodide

    日本海水学会誌   72 ( 1 ) 41 - 42  2018年

  • N-ビニルピロリドン(NVP)グラフト重合繊維を用いた緑茶抽出液中のカテキンの吸着および水酸化ナトリウム水溶液を用いたカテキンの溶出

    川村 竜之介, 木下 亜希子, 工藤 あずさ, 日置 淳平, 若林 英行, 後藤 聖太, 松浦 佑樹, 河合(野間) 繁子, 梅野 太輔, 斎藤 恭一, 藤原 邦夫, 須郷 高信, 矢島 由莉佳

    化学工学論文集   44 ( 2 ) 99 - 102  2018年

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    <p>緑茶抽出液からカテキンを除去するために,放射線グラフト重合法を適用して,市販の6-ナイロン繊維を基材にN-ビニルピロリドン(NVP)グラフト重合繊維(NVP繊維)を作製した.NVP密度3.9 mmol/gのNVP繊維へのカテキンの吸着平衡関係はLangmuir型吸着等温式に整理できた.飽和吸着量および吸着平衡定数は,それぞれ0.23および13 L/mmolであった.また,NVP繊維に吸着したカテキンを0.1 M NaOHによって処理することで吸着量を100%再生できた.この後,2から4回目まで吸着と溶出を繰り返しても吸着量はほとんど減少することなく一定のままであった.</p>

    DOI CiNii

  • Directed evolution and expression tuning of geraniol synthase for efficient geraniol production in Escherichia coli.

    Miki Tashiro, Akira Fujii, Shigeko Kawai-Noma, Kyoichi Saito, Daisuke Umeno

    The Journal of general and applied microbiology   63 ( 5 ) 287 - 295  2017年11月  [査読有り]  [国内誌]

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    To achieve an efficient production of geraniol and its derivatives in Escherichia coli, we aimed to improve the activity of geraniol synthase (GES) through a single round of mutagenesis and screening for higher substrate consumption. We isolated GES variants that outperform their parent in geraniol production. The analysis of GES variants indicated that the expression level of GES was the bottleneck for geraniol synthesis. Over-expression of the mutant GESM53 with a 5'-untranslated sequence designed for high translational efficiency, along with the additional expression of mevalonate pathway enzymes, isopentenyl pyrophosphate isomerase, and geranyl pyrophosphate synthase, yielded 300 mg/L/12 h geraniol and its derivatives (>1000 mg/L/42 h in total) in a shaking flask.

    DOI PubMed

  • Propagation and aggregation of motile cells of Escherichia Coli pattern

    Tatsunari Sakurai, Tohru Tsujikawa, Daisuke Umeno

    Complexity and Synergetics     227 - 237  2017年01月  [査読有り]

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    A concentric pulse by motile cells of Escherichia coli (E. coli) propagates and the cells aggregate to form self-organized patterns.We summarize experimental and numerical results on the self-organized pattern formation of E. coli to elucidate some aspects of its mechanism. Our presentation includes experiments on E. coli patterns, as well as numerical simulations on the basis of a reaction-diffusionchemotaxis model.We find good agreement for one-dimensional propagating fronts in observation and simulation. However, corresponding results for two-dimensional circular bacterial clusters have still not been obtained.

    DOI

  • 水中のアンチモン捕捉のための水和酸化セリウム担持繊維の作製

    早川 里奈, 成毛 翔子, 藤原 邦夫, 須郷 高信, 小島 隆, 河合(野間) 繁子, 梅野 太輔, 斎藤 恭一

    分析化学   66 ( 11 ) 853 - 856  2017年

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    Hydrous cerium oxide was impregnated onto a sufonic-acid-group-containing fiber (SS fiber) prepared by radiation-induced graft polymerization and subsequent chemical modifications. Cerium ions (Ce3+) were adsorbed onto SS fiber before the formation of hydrous cerium oxide (H-CeO) via precipitation by a reaction with a sodium hydroxide (NaOH) solution at various NaOH concentrations in the range from 0.001 to 0.1 mol L&minus;1. The maximum percentage impregnation of H-CeO was 12 %. In the batch mode, neither SS fiber nor anion-exchange fiber removed any antimony ions, whereas H-CeO fiber captured antimony ions at a high rate.

    DOI CiNii

  • 放射線前照射乳化グラフト重合法を適用したタンパク質を高容量に吸着するためのカチオン交換繊維の作製

    松﨑 優香, 工藤 大樹, 小島 隆, 河合(野間) 繁子, 梅野 太輔, 斎藤 恭一

    化学工学論文集   43 ( 2 ) 88 - 94  2017年

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    <p>タンパク質を高容量に吸着するカチオン交換繊維をグラフト重合によって作製するために,モノマー液に溶液とエマルションを使う2種類のグラフト重合法,すなわち放射線前照射溶液および乳化グラフト重合法(以後,溶液および乳化グラフト重合法)を採用し,比較した.市販の6-ナイロン製繊維へグリシジルメタクリレート(GMA)をグラフト重合後,亜硫酸ナトリウムとの反応によってポリGMA鎖のエポキシ基をスルホン酸基へ転化し,カチオン交換繊維を作製した.得られた2種類のカチオン交換繊維を充填したカラムに,リゾチーム溶液(pH 9.0)を空間速度60 h−1で流通させた.GMAグラフト率が81–87%のとき,乳化グラフト重合法によって作製した繊維のカラム体積あたりの10%動的吸着容量は,溶液グラフト重合法によって作製したそれよりも4倍高い値を示した.乳化グラフト重合法によって作製した繊維の周縁部に形成されたグラフト鎖が,タンパク質の高速吸着に寄与すると推察される.</p>

    DOI CiNii

  • Directed evolution of the autoinducer selectivity of Vibrio fischeri LuxR.

    Yohei Tashiro, Yuki Kimura, Maiko Furubayashi, Akira Tanaka, Kei Terakubo, Kyoichi Saito, Shigeko Kawai-Noma, Daisuke Umeno

    The Journal of general and applied microbiology   62 ( 5 ) 240 - 247  2016年11月  [査読有り]  [国内誌]

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    LuxR family transcriptional regulators are the core components of quorum sensing in Gram-negative bacteria and exert their effects through binding to the signaling molecules acyl-homoserine lactones (acyl-HSLs). The function of the LuxR homologs is remarkably plastic, and naturally occurring acyl-HSLs are structurally diverse. To investigate the molecular basis of the functional plasticity of Vibrio fischeri LuxR, we directed the evolution of LuxR toward three different specificities in the laboratory. We found an orthogonal pair of LuxR mutants specific either to 3-oxo-hexanoyl homoserine lactone or to 3-oxo-octanoyl homoserine lactone. Interestingly, the majority of the specificity changes did not arise from modulating the recognition event but rather from changing the efficiency of the transition from the inactive form to the active form upon signal binding. This finding explains how quorum sensing systems can rapidly diverge in nature and in the laboratory and how signal orthogonality and mutual inhibition frequently occur among closely related diverging systems.

    DOI PubMed

  • Rapid Diversification of BetI-Based Transcriptional Switches for the Control of Biosynthetic Pathways and Genetic Circuits.

    Kazuya Saeki, Masahiro Tominaga, Shigeko Kawai-Noma, Kyoichi Saito, Daisuke Umeno

    ACS synthetic biology   5 ( 11 ) 1201 - 1210  2016年11月  [査読有り]  [国際誌]

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    Synthetic biologists are in need of genetic switches, or inducible sensor/promoter systems, that can be reliably integrated in multiple contexts. Using a liquid-based selection method, we systematically engineered the choline-inducible transcription factor BetI, yielding various choline-inducible and choline-repressive promoter systems with various input-output characteristics. In addition to having high stringency and a high maximum induction level, they underwent a graded and single-peaked response to choline. Taking advantage of these features, we demonstrated the utility of these systems for controlling the carotenoid biosynthetic pathway and for constructing two-input logic gates. Additionally, we demonstrated the rapidity, throughput, robustness, and cost-effectiveness of our selection method, which facilitates the conversion of natural genetic controlling systems into systems that are designed for various synthetic biology applications.

    DOI PubMed

  • Directed evolution of Vibrio fischeri LuxR signal sensitivity.

    Yuki Kimura, Yohei Tashiro, Kyoichi Saito, Shigeko Kawai-Noma, Daisuke Umeno

    Journal of bioscience and bioengineering   122 ( 5 ) 533 - 538  2016年11月  [査読有り]  [国内誌]

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    LuxR is the core component of Vibrio fischeri quorum sensing. It acts as the transcriptional activator by binding to its cognate signaling molecules 3-oxo-hexanoyl-homoserine lactone (3OC6HSL). Although several acyl-HSLs with 3-oxo groups are known to activate LuxR with similar efficiency, acyl-HSLs without 3-oxo groups are very weak inducers. We conducted a round of LuxR directed evolution to acquire LuxR mutants with higher signal sensitivity to octanoyl-homoserine lactone (C8HSL). All of the isolated mutants showed increased signal sensitivity to many other acyl-HSLs, including C8HSL, and some to the LuxR antagonist p-coumaroyl-HSL. The evolution of their ligand sensitivity proceeded through the stabilization of the signal-bound state, thereby elevating the effective concentration of LuxR at the ON-state.

    DOI PubMed

  • Bacterial Production of Pinene by a Laboratory-Evolved Pinene-Synthase.

    Miki Tashiro, Hiroshi Kiyota, Shigeko Kawai-Noma, Kyoichi Saito, Masahiko Ikeuchi, Yoko Iijima, Daisuke Umeno

    ACS synthetic biology   5 ( 9 ) 1011 - 20  2016年09月  [査読有り]  [国際誌]

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    Successful feeding of the substrate geranylpyrophosphate (GPP) to monoterpene synthase is critical to the efficient microbial production of monoterpenes. Overexpression of GPP synthases, metabolic channeling from GPP synthase to terpene synthases, and down-tuning of endogenous competitors have been successfully used to increase the production of monoterpene. Nevertheless, the production of monoterpenes has remained considerably lower than that of hemi-/sesqui-terpenoids. We tested whether it is effective to improve the cellular activity of monoterpene synthases. To this end, we developed a high-throughput screening system to monitor for elevated GPP consumption. Through a single round of mutagenesis and screening, we isolated a pinene synthase variant that outperformed the wild-type (parent) enzyme in multiple contexts in Escherichia coli and cyanobacteria. The purified variant exhibited drastically altered metal dependency, enabling to keep the activity in the cytosol that is manganese-deficient. Coexpression of this variant with mevalonate pathway enzymes, isopentenylpyrophosphate isomerase, and GPP synthase yielded 140 mg/L pinene in a flask culture.

    DOI PubMed

  • Impregnation structure of cobalt ferrocyanide microparticles by the polymer chain grafted onto nylon fiber

    Shota Goto, Satoshi Umino, Wataru Amakai, Kunio Fujiwara, Takanobu Sugo, Takashi Kojima, Shigeko Kawai-Noma, Daisuke Umeno, Kyoichi Saito

    JOURNAL OF NUCLEAR SCIENCE AND TECHNOLOGY   53 ( 9 ) 1251 - 1255  2016年  [査読有り]

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    At Tokyo Electric Power Company (TEPCO) Fukushima Daiichi nuclear power plant (NPP), water contaminated with radionuclides such as Cs-137 and Sr-90 has been stored in tanks and seawater-intake area. We have prepared cobalt-ferrocyanide-impregnated fibers via four steps: the grafting of an epoxy-group-containing monomer, the conversion of the epoxy group into positively charged groups, the binding of ferrocyanide ions ([Fe(CN)(6)](4-)), and the precipitation of cobalt ferrocyanide (Co-2[Fe(CN)(6)]) by contact with cobalt ions. However, the impregnation structure of cobalt ferrocyanide microparticles onto the fiber remains unclear. Here, we describe the impregnation structure from the results of rebinding [Fe(CN)(6)](4-) to the cobalt-ferrocyanide-impregnated fiber. The amount of [Fe(CN)(6)](4-) re-bound onto the fiber was found to decrease with increasing amount of Co-2[Fe(CN)(6)] initially impregnated. This suggests that the microparticles of cobalt ferrocyanide become entangled with the grafted polymer chains via multipoint electrostatic interactions.

    DOI

  • 抽出試薬担持繊維を用いた塩酸溶液からのパラジウムの回収

    中村 祐樹, 藤原 邦夫, 須郷 高信, 河合(野間) 繁子, 梅野 太輔, 斎藤 恭一

    化学工学論文集   42 ( 3 ) 113 - 118  2016年

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    塩酸溶液からのパラジウム(Pd)の回収のため,Pdを特異的に捕捉する中性抽出試薬ジオクチルスルフィド(DOS)を,放射線グラフト重合法によって6-ナイロン繊維に付与した疎水性基固定高分子鎖に担持した.ドデカンチオールと6-ナイロン繊維にグラフト重合したポリグリシジルメタクリレート(GMA)鎖中のエポキシ基との反応によって,2.0 mmol/gの疎水性基(C12S基)を繊維に固定した.C12S基は,ドデシル鎖との疎水性相互作用によってDOSを担持する,およびDOSと同様の機構でPdを吸着する2つの機能をもつ.さらに,疎水性基を付与したグラフト鎖上に,0.40–1.1 mmol/gの密度でDOSを担持した.0.40 mmol/gのDOSを担持した繊維の,1 mol/L塩酸中でのPd飽和吸着量は0.70 mmol/gであった.Pd飽和吸着量とDOS担持量との関係から,PdとDOSおよびC12S基との結合モル比が,それぞれ0.50および0.27と算出された.また,DOS担持繊維は,塩酸濃度が1–4 mol/LのPdおよび白金(Pt)混合溶液から,Ptをほとんど吸着せずに,Pdを特異的に吸着できた.

    DOI CiNii

  • Evolutionary Design of Choline-Inducible and -Repressible T7-Based Induction Systems.

    Kohei Ike, Yusuke Arasawa, Satoshi Koizumi, Satoshi Mihashi, Shigeko Kawai-Noma, Kyoichi Saito, Daisuke Umeno

    ACS synthetic biology   4 ( 12 ) 1352 - 60  2015年12月  [査読有り]  [国際誌]

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    By assembly and evolutionary engineering of T7-phage-based transcriptional switches made from endogenous components of the bet operon on the Escherichia coli chromosome, genetic switches inducible by choline, a safe and inexpensive compound, were constructed. The functional plasticity of the BetI repressor was revealed by rapid and high-frequency identification of functional variants with various properties, including those with high stringency, high maximum expression level, and reversed phenotypes, from a pool of BetI mutants. The plasmid expression of BetI mutants resulted in the choline-inducible (Bet-ON) or choline-repressible (Bet-OFF) switching of genes under the pT7/betO sequence at unprecedentedly high levels, while keeping the minimal leaky expression in uninduced conditions.

    DOI PubMed

  • A highly selective biosynthetic pathway to non-natural C50 carotenoids assembled from moderately selective enzymes.

    Maiko Furubayashi, Mayu Ikezumi, Shinichi Takaichi, Takashi Maoka, Hisashi Hemmi, Takuya Ogawa, Kyoichi Saito, Alexander V Tobias, Daisuke Umeno

    Nature communications   6   7534 - 7534  2015年07月  [査読有り]  [国際誌]

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    Synthetic biology aspires to construct natural and non-natural pathways to useful compounds. However, pathways that rely on multiple promiscuous enzymes may branch, which might preclude selective production of the target compound. Here, we describe the assembly of a six-enzyme pathway in Escherichia coli for the synthesis of C50-astaxanthin, a non-natural purple carotenoid. We show that by judicious matching of engineered size-selectivity variants of the first two enzymes in the pathway, farnesyl diphosphate synthase (FDS) and carotenoid synthase (CrtM), branching and the production of non-target compounds can be suppressed, enriching the proportion of C50 backbones produced. We then further extend the C50 pathway using evolved or wild-type downstream enzymes. Despite not containing any substrate- or product-specific enzymes, the resulting pathway detectably produces only C50 carotenoids, including ∼ 90% C50-astaxanthin. Using this approach, highly selective pathways can be engineered without developing absolutely specific enzymes.

    DOI PubMed

  • Production of squalene by squalene synthases and their truncated mutants in Escherichia coli.

    Akinori Katabami, Ling Li, Miki Iwasaki, Maiko Furubayashi, Kyoichi Saito, Daisuke Umeno

    Journal of bioscience and bioengineering   119 ( 2 ) 165 - 71  2015年02月  [査読有り]  [国内誌]

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    Squalene is a precursor of thousands of bioactive triterpenoids and also has industrial value as a lubricant, health-promoting agent, and/or drop-in biofuel. To establish an efficient Escherichia coli-based system for squalene production, we tested two different squalene synthases and their mutants in combination with precursor pathways. By co-expressing a chimeric mevalonate pathway with human or Thermosynechococcus squalene synthase, E. coli accumulated squalene up to 230 mg/L or 55 mg/g-DCW in flask culture. We also determined that a significant truncation of squalene synthase at the C-terminus retains partial cellular activity. The squalene-producing strain described herein represents a convenient platform for gene discovery and the construction of the pathway toward natural and non-natural hopanoids/steroids.

    DOI PubMed

  • リン酸ビス(2-エチルヘキシル)(HDEHP)担持繊維充填カラムを用いた固相抽出法に基づく溶出クロマトグラフィーによるNdとDyの分離

    佐々木 貴明, 内山 翔一朗, 藤原 邦夫, 須郷 高信, 梅野 太輔, 斎藤 恭一

    化学工学論文集   41 ( 4 ) 220 - 227  2015年

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    酸性抽出試薬であるリン酸ビス(2-エチルヘキシル)(HDEHP)を,6-ナイロン繊維上に接ぎ木した高分子鎖に0.43 mol/kg-productの密度で担持した.HDEHP担持繊維充填カラムに負荷したネオジムとジスプロシウムイオンとを,3種類の濃度の塩酸を使った溶出クロマトグラフィーによって分離した.さまざまな空間速度および総負荷量であっても,HDEHP担持繊維充填カラムは,HDEHP担持ビーズ充填カラムと比較して,溶出クロマトグラムにおいて高いピークおよび小さい半値幅を示した.これは,イオンの拡散物質移動距離が短く,カラム体積あたりの表面積が大きいためである.担持されたHDEHPの漏出は検出されなかった.

    DOI CiNii

  • Liquid-based iterative recombineering method tolerant to counter-selection escapes.

    Masahiro Tominaga, Shigeko Kawai-Noma, Ikuro Kawagishi, Yoshiyuki Sowa, Kyoichi Saito, Daisuke Umeno

    PloS one   10 ( 3 ) e0119818  2015年  [査読有り]  [国際誌]

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    Selection-based recombineering is a flexible and proven technology to precisely modify bacterial genomes at single base resolution. It consists of two steps of homologous recombination followed by selection/counter-selection. However, the shortage of efficient counter-selectable markers limits the throughput of this method. Additionally, the emergence of 'selection escapees' can affect recombinant pools generated through this method, and they must be manually removed at each step of selection-based recombineering. Here, we report a series of efforts to improve the throughput and robustness of selection-based recombineering and to achieve seamless and automatable genome engineering. Using the nucleoside kinase activity of herpes simplex virus thymidine kinase (hsvTK) on the non-natural nucleoside dP, a highly efficient, rapid, and liquid-based counter-selection system was established. By duplicating hsvtk gene, combined with careful control of the population size for the subsequent round, we effectively eliminated selection escapes, enabling seamless and multiple insertions/replacement of gene-size fragments in the chromosome. Four rounds of recombineering could thus be completed in 10 days, requiring only liquid handling and without any need for colony isolation or genotype confirmation. The simplicity and robustness of our method make it broadly accessible for multi-locus chromosomal modifications.

    DOI PubMed

  • Rapid and liquid-based selection of genetic switches using nucleoside kinase fused with aminoglycoside phosphotransferase.

    Masahiro Tominaga, Kohei Ike, Shigeko Kawai-Noma, Kyoichi Saito, Daisuke Umeno

    PloS one   10 ( 3 ) e0120243  2015年  [査読有り]  [国際誌]

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    The evolutionary design of genetic switches and circuits requires iterative rounds of positive (ON-) and negative (OFF-) selection. We previously reported a rapid OFF selection system based on the kinase activity of herpes simplex virus thymidine kinase (hsvTK) on the artificial mutator nucleoside dP. By fusing hsvTK with the kanamycin resistance marker aminoglycoside-(3')-phosphotransferase (APH), we established a novel selector system for genetic switches. Due to the bactericidal nature of kanamycin and nucleoside-based lethal mutagenesis, both positive and negative selection could be completed within several hours. Using this new selector system, we isolated a series of homoserine lactone-inducible genetic switches with different expression efficiencies from libraries of the Vibrio fischeri lux promoter in two days, using only liquid handling.

    DOI PubMed

  • Directed evolution of squalene synthase for dehydrosqualene biosynthesis.

    Maiko Furubayashi, Ling Li, Akinori Katabami, Kyoichi Saito, Daisuke Umeno

    FEBS letters   588 ( 18 ) 3375 - 81  2014年09月  [査読有り]  [国際誌]

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    Squalene synthase (SQS) catalyzes the first step of sterol/hopanoid biosynthesis in various organisms. It has been long recognized that SQSs share a common ancestor with carotenoid synthases, but it is not known how these enzymes selectively produce their own product. In this study, SQSs from yeast, human, and bacteria were independently subjected to directed evolution for the production of the C30 carotenoid backbone, dehydrosqualene. This was accomplished via high-throughput screening with Pantoea ananatis phytoene desaturase, which can selectively convert dehydrosqualene into yellow carotenoid pigments. Genetic analysis of the resultant mutants revealed various mutations that could effectively convert SQS into a "dehydrosqualene synthase." All of these mutations are clustered around the residues that have been proposed to be important for NADPH binding.

    DOI PubMed

  • Evolutionary analysis of the functional plasticity of Staphylococcus aureus C30 carotenoid synthase.

    Maiko Furubayashi, Kyoichi Saito, Daisuke Umeno

    Journal of bioscience and bioengineering   117 ( 4 ) 431 - 6  2014年04月  [査読有り]  [国内誌]

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    Most natural carotenoids have 40-carbon (C40) backbones, while some bacteria produce carotenoids with C30 backbones. Carotenoid backbone synthases, the enzyme that catalyze the first committed step in carotenoid biosynthesis, are known to be highly specific. Previously, using C30 backbone synthase (diapophytoene synthase, CrtM) from Staphylococcus aureus, we reported two size-shifting mutations, F26A and W38A, which confer C40 synthase activity at the cost of the original C30 synthase activity. In this study, we performed a directed evolution of the C40-specialist variant CrtMF26A in search of mutations that restore the original C30 synthase function. Examination of the resultant mutants, together with the site-directed mutagenesis study identified three new mutations (H12A, D27A and I240F) that affect the size specificity of this enzyme. After re-defining the reading frame, we obtained CrtM variants that are highly active in C30 and C40 carotenoid synthesis.

    DOI PubMed

  • Construction of carotenoid biosynthetic pathways using squalene synthase.

    Maiko Furubayashi, Ling Li, Akinori Katabami, Kyoichi Saito, Daisuke Umeno

    FEBS letters   588 ( 3 ) 436 - 42  2014年01月  [査読有り]  [国際誌]

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    The first committed steps of steroid/hopanoid pathways involve squalene synthase (SQS). Here, we report the Escherichia coli production of diaponeurosporene and diapolycopene, yellow C30 carotenoid pigments, by expressing human SQS and Staphylococcus aureus dehydrosqualene (C30 carotenoid) desaturase (CrtN). We suggest that the carotenoid pigments are synthesized mainly via the desaturation of squalene rather than the direct synthesis of dehydrosqualene through the non-reductive condensation of prenyl diphosphate precursors, indicating the possible existence of a "squalene route" and a "lycopersene route" for C30 and C40 carotenoids, respectively. Additionally, this finding yields a new method of colorimetric screening for the cellular activity of squalene synthases, which are major targets for cholesterol-lowering drugs.

    DOI PubMed

  • Cesium removal in freshwater using potassium cobalt hexacyanoferrate-impregnated fibers

    Y. Okamura, K. Fujiwara, R. Ishihara, T. Sugo, T. Kojima, D. Umeno, K. Saito

    Radiation Physics and Chemistry   94 ( 1 ) 119 - 122  2014年01月  [査読有り]

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    Potassium cobalt hexacyanoferrate compounds (KCo-HCFe's) were impregnated onto a 6-nylon fiber by radiation-induced graft polymerization and subsequent chemical modifications. First, dimethylaminoethyl methacrylate was graft-polymerized onto the nylon fiber. Second, hexacyanoferrate ions were bound to graft chains via an anion-exchange interaction. Third, KCo-HCFe's were formed on the nylon fiber via the precipitation reaction of hexacyanoferrate ions with cobalt ions in the presence of potassium chloride. The resulting KCo-HCFe-impregnated fiber had an impregnation percentage of the fiber for KCo-HCFe's of 7%. The cesium concentration in 10. ppm cesium chloride solution with the immersion of this fiber decreased to 0.6. ppm within 60. min at a ratio of liquid volume (10. mL) to fiber mass (0.1. g). The fiber was fabricated into a braid with a length of 100. cm and a diameter of 8. cm for practical use at sites contaminated with cesium. © 2013 Elsevier Ltd.

    DOI

  • Nucleotide kinase-based selection system for genetic switches.

    Kohei Ike, Daisuke Umeno

    Methods in molecular biology (Clifton, N.J.)   1111   141 - 52  2014年  [査読有り]  [国際誌]

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    Ever-increasing repertories of RNA-based switching devices are enabling synthetic biologists to construct compact, self-standing, and easy-to-integrate regulatory circuits. However, it is rather rare that the existing RNA-based expression controllers happen to have the exact specification needed for particular applications from the beginning. Evolutionary design of is powerful strategy for quickly tuning functions/specification of genetic switches. Presented here are the steps required for rapid and efficient enrichment of genetic switches with desired specification using recently developed nucleoside kinase-based dual selection system. Here, the library of genetic switches, created by randomizing either the part or the entire sequence coding switching components, is subjected to OFF (negative) selection and ON (positive) selection in various conditions. The entire selection process is completed only by liquid handling, facilitating the parallel and continuous operations of multiple selection projects. This automation-liable platform for genetic selection of functional switches has potential applications for development of RNA-based biosensors, expression controllers, and their integrated forms (genetic circuits).

    DOI PubMed

  • A high-throughput colorimetric screening assay for terpene synthase activity based on substrate consumption.

    Maiko Furubayashi, Mayu Ikezumi, Jun Kajiwara, Miki Iwasaki, Akira Fujii, Ling Li, Kyoichi Saito, Daisuke Umeno

    PloS one   9 ( 3 ) e93317  2014年  [査読有り]  [国際誌]

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    Terpene synthases catalyze the formation of a variety of terpene chemical structures. Systematic mutagenesis studies have been effective in providing insights into the characteristic and complex mechanisms of C-C bond formations and in exploring the enzymatic potential for inventing new chemical structures. In addition, there is growing demand to increase terpene synthase activity in heterologous hosts, given the maturation of metabolic engineering and host breeding for terpenoid synthesis. We have developed a simple screening method for the cellular activities of terpene synthases by scoring their substrate consumption based on the color loss of the cell harboring carotenoid pathways. We demonstrate that this method can be used to detect activities of various terpene synthase or prenyltransferase genes in a high-throughput manner, irrespective of the product type, enabling the mutation analysis and directed evolution of terpene synthases. We also report the possibility for substrate-specific screening system of terpene synthases by taking advantage of the substrate-size specificity of C30 and C40 carotenoid pathways.

    DOI PubMed

  • ドデシルアミノ基を有するグラフト鎖上に担持した酸性抽出試薬リン酸ビス(2-エチルヘキシル)(HDEHP)とドデカンに溶解したHDEHPのレアアース抽出での類似性

    佐々木 貴明, 内山 翔一朗, 藤原 邦夫, 須郷 高信, 梅野 太輔, 斎藤 恭一

    化学工学論文集   40 ( 5 ) 404 - 409  2014年

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    6-ナイロン繊維上にグラフトした高分子鎖のドデシルアミノ基上にリン酸ビス(2-エチルヘキシル)(HDEHP)を担持した.この繊維でのネオジムおよびジスプロシウムイオンの分配係数は,ドデカンに溶解したHDEHPのそれとほぼ一致した.疎水性グラフト鎖上に担持されたHDEHPは,有機溶媒中に溶解しているHDEHPのような挙動を示すことがわかった.HDEHP担持繊維を充填したカラムを使って,ネオジムおよびジスプロシウムイオンを,溶出クロマトグラフィーによって分離した.このとき,グラフト鎖上に担持されているHDEHPの液中への漏出は無視できることがわかった.

    DOI CiNii

  • Simple Method for High-Density Impregnation of Aliquat 336 onto Porous Sheet and Binding Performance of Resulting Sheet for Palladium Ions

    Ryota Tanaka, Ryo Ishihara, Kazuyoshi Miyoshi, Daisuke Umeno, Kyoichi Saito, Shiho Asai, Shinsuke Yamada, Hideyuki Hirota

    SEPARATION SCIENCE AND TECHNOLOGY   49 ( 1 ) 154 - 159  2014年01月  [査読有り]

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    Aliquat 336 was impregnated onto the polymer chain grafted onto a 2.0-mm-thick porous sheet with a porosity of 75% and a pore size of 1.2 mu m via the graft polymerization of glycidyl methacrylate and the subsequent reaction of the epoxy group with mercaptoundecanoic acid. In a 2:1 ethanol/4M NaOH (v/v) mixture, Aliquat 336 was impregnated at a density of 0.85mmol/g, which was comparable to that of conventional Aliquat-336-impregnated polymeric beads. The dynamic binding capacity for palladium was 0.60mmol/g when 100mg-Pd/L palladium chloride solution was forced to permeate at a space velocity of 3700h(-1.</SUP)

    DOI

  • Effect of Dose on Mole Percentages of Polymer Brush and Root Grafted onto Porous Polyethylene Sheet by Radiation-Induced Graft Polymerization

    Ryo Ishihara, Shoichiro Uchiyama, Hidekazu Ikezawa, Shinsuke Yamada, Hideyuki Hirota, Daisuke Umeno, Kyoichi Saito

    INDUSTRIAL & ENGINEERING CHEMISTRY RESEARCH   52 ( 35 ) 12582 - 12586  2013年09月  [査読有り]

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    Glycidyl methacrylate (GMA) was graft-polymerized onto a porous sheet (75% porosity and 1.6-mu m average pore size). previously irradiated with an electron beam. The resultant grafted poly-GMA chain can be classified as a polymer brush. extending from the pore surface toward the pore interior and a polymer root invading the polymer matrix. The boundary crossing the pore/matrix interface can be detected in two independent ways: molar conversion of the epoxy group into a sulfonic. group providing a plateau in the molar conversion versus reaction time curve and molar conversion exhibiting a breakthrough point in the swelling ratio versus molar conversion curve. A higher irradiation dose was found to lead to a higher mole percentage of polymer brush in the graft chain. The dose range from 20 to 200 kGy corresponded to the mole percentage range of polymer brush from 6% to 15%.

    DOI

  • Dependence of protein binding capacity of dimethylamino-gamma-butyric-acid (DMGABA)-immobilized porous membrane on composition of solvent used for DMGABA immobilization

    Akio Iwanade, Daisuke Umeno, Kyoichi Saito, Takanobu Sugo

    RADIATION PHYSICS AND CHEMISTRY   87   53 - 58  2013年06月  [査読有り]

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    Dimethylamino-gamma-butyric acid (DMGABA) as an ampholite was reacted with the epoxy group of the poly-glycidyl methacrylate chain grafted onto the pore surface of a porous hollow-fiber polyethylene membrane by radiation-induced graft polymerization. DMGABA was dissolved in a mixture of dioxane and water at various dioxane volume fractions, defined by dividing the dioxane volume by the total volume. The equilibrium binding capacity (EBC) of the DMGABA-immobilized porous hollow-fiber membrane for lysozyme was evaluated in the permeation mode. The EBC was varied from a 1/50-fold monolayer binding capacity to a 10-fold monolayer binding capacity by controlling the composition of the solvent used for DMGABA immobilization and the molar conversion of the epoxy group into the DMGABA group. (c) 2013 Elsevier Ltd. All rights reserved.

    DOI

  • 不溶性フェロシアン化物担持繊維のセシウム吸着容量に及ぼすセシウム水溶液の塩濃度の効果

    平山 雄祥, 岡村 雄介, 藤原 邦夫, 須郷 高信, 梅野 太輔, 斎藤 恭一

    化学工学論文集 = Kagaku kogaku ronbunshu   39 ( 1 ) 28 - 32  2013年03月

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    地表水中へ放出された放射性セシウムを除去するために,セシウムイオンを特異的に吸着する不溶性フェロシアン化物(KCoFC)を,6-ナイロン繊維にvinylbenzyltrimethylammonium chloride(VBTAC)とN-vinyl-2-pyrrolidone(NVP)を共グラフト重合して得られた高分子鎖に担持した.0–0.5 Mの範囲で塩化ナトリウムを添加した10 mg/L塩化セシウム水溶液を,不溶性フェロシアン化物(KCoFC)担持繊維に流通させた.0.5 M塩化ナトリウムを添加したときのセシウム動的吸着容量は,添加していないときのそれと比較して30倍大きくなった.また,海水中での吸着等温式はLangmuir型の式に整理でき,不溶性フェロシアン化物(KCoFC)担持繊維のセシウム飽和吸着量は20 mg-Cs/g-dryであった.

    DOI CiNii

  • Crosslinked-Chelating Porous Sheet with High Dynamic Binding Capacity of Metal Ions

    Go Wada, Ryo Ishihara, Kazuyoshi Miyoshi, Daisuke Umeno, Kyoichi Saito, Shiho Asai, Shinsuke Yamada, Hideyuki Hirota

    Solvent Extraction and Ion Exchange   31 ( 2 ) 210 - 220  2013年03月  [査読有り]

    DOI

  • 海水中のセシウム除去のための吸着繊維の作製

    日本イオン交換学会誌   24 ( 1 ) 8 - 13  2013年  [査読有り]

    DOI

  • Immobilization of an esterase inhibitor on a porous hollow-fiber membrane by radiation-induced graft polymerization for developing a diagnostic tool for feline kidney diseases.

    Shinya Matsuno, Daisuke Umeno, Masao Miyazaki, Yasuyuki Suzuta, Kyoichi Saito, Tetsuro Yamashita

    Bioscience, biotechnology, and biochemistry   77 ( 10 ) 2061 - 4  2013年  [査読有り]  [国際誌]

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    Removal of the major urinary protein, cauxin, a carboxylesterase, from cat urine is essential for distinguishing between physiological and abnormal proteinuria by a urine dipstick. We have previously developed a material for removing cauxin by using lens culinaris agglutinin (LCA) lectin which targets the N-linked oligosaccharides present in cauxin. To improve the affinity and specificity toward cauxin, we immobilized 1,1,1-trifluoro-3-(2-sulfanylethylsulfanyl) propane-2-one, an inhibitor of esterases, to a polymer chain grafted on to a porous hollow-fiber membrane by applying radiation-induced graft polymerization. Normal male urine was forced to permeate through the pores rimmed by the ligand-immobilized polymer chain. Cauxin could not be detected in the effluent from the membrane. The residence time of the urine across a membrane thickness of 1 mm was set at 7 s. The respective dynamic and equilibrium binding capacities of the membrane for cauxin were 2 and 3 mg/g. The developed cauxin-affinity membrane material was more effective for diagnosing cat kidney diseases than the LCA lectin tip.

    DOI PubMed

  • Protein-Binding Characteristics of Anion-Exchange Particles Prepared by Radiation-Induced Graft Polymerization at Low Temperatures

    Yuichi Shimoda, Yuta Sekiya, Daisuke Umeno, Kyoichi Saito, Goro Furumoto, Hironobu Shirataki, Naohiro Shinohara, Noboru Kubota

    JOURNAL OF CHEMICAL ENGINEERING OF JAPAN   46 ( 9 ) 588 - 592  2013年  [査読有り]

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    An epoxy-group-containing vinyl monomer, i.e., glycidyl methacrylate, was graft-polymerized onto polyethylene particles with an average diameter of 35 mu m at various reaction temperatures within 278-333 K. The produced epoxy group was converted into a diethylamino group as an anion-exchange group. From the equilibrium binding capacity of the resultant particle-packed bed for bovine serum albumin (BSA) and the pressure loss required for a protein solution to flow through the bed, the formation of graft chains that were sufficiently long to hold BSA in multilayers and allow convective flow among them was predicted. The achieved ideal adsorption characteristics enabled a higher flow rate of the protein solution, which leads to a higher overall adsorption rate of the protein because of convective flow among the graft chains.

    DOI

  • Removal of Urea from Water Using Urease-Immobilized Fibers

    Mai Sugiyama, Kohsuke Ikeda, Daisuke Umeno, Kyoichi Saito, Takashi Kikuchi, Kiyoto Ando

    JOURNAL OF CHEMICAL ENGINEERING OF JAPAN   46 ( 7 ) 509 - 513  2013年  [査読有り]

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    Dimethylaminoethyl methacrylate (DMAEMA) was graft-polymerized at a density of 1.7 mmol/g onto a 6-nylon fiber by radiation-induced graft polymerization. Urease was bound to the resultant anion-exchange fiber by electrostatic interaction. After crosslinking with transglutaminase, 80% of the bound urease was immobilized at a density of 41 mg/g of the fiber. Urea in water was quantitatively hydrolyzed during the permeation of a 0.20 mg/L urea solution through the urease-immobilized-fiber-packed bed with a diameter of 5.5 mm and a height of 27 mm in the residence time range of 12-180 s. The activity of immobilized urease did not deteriorate after repeated use of the fiber, i.e., during reaction and storage.

    DOI

  • Determination of Mole Percentages of Brush and Root of Polymer Chain Grafted onto Porous Sheet

    Shoichiro Uchiyama, Ryo Ishihara, Daisuke Umeno, Kyoichi Saito, Shinsuke Yamada, Hideyuki Hirota, Shiho Asai

    JOURNAL OF CHEMICAL ENGINEERING OF JAPAN   46 ( 6 ) 414 - 419  2013年  [査読有り]

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    An epoxy-group-containing vinyl monomer, glycidyl methacrylate, was graft-polymerized onto an electron-beam-irradiated porous sheet to form a graft chain. Graft chains can be categorized according to the formation site into the polymer brush extending from the pore surface of a porous sheet and polymer root penetrating into the polymer matrix of the porous sheet. The polymer brush and root of the porous sheet govern its protein adsorptivity and liquid permeability. The mole percentages of the polymer brush and the root were determined from the dependence of the degree of swelling on the molar conversion of epoxy groups into ion-exchange groups with water as the solvent during functionalization. This method enables us to better understand the manner in which polymer chains are grafted onto porous polymers and helps us to design porous polymers for protein purification and enzyme immobilization.

    DOI

  • Directed evolution of carotenoid synthases for the production of unnatural carotenoids.

    Maiko Furubayashi, Daisuke Umeno

    Methods in molecular biology (Clifton, N.J.)   892   245 - 53  2012年  [査読有り]  [国際誌]

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    Directed evolution is a well-established strategy to confer novel catalytic functions to the enzymes. Thanks to the relative ease of establishing color screening, carotenogenic enzymes can be rapidly evolved in the laboratory for novel functions. The combinatorial usages of the evolvants result in the creation of diverse set of novel, sometimes unnatural carotenoids. This chapter describes the directed evolution of diapophytoene (C(30) carotenoid) synthase CrtM to function in the foreign C(40) pathway, and the use of the CrtM variants thus obtained for the production of novel backbone structures.

    DOI PubMed

  • Protein Resolution in Elution Chromatography Using Novel Cation-Exchange Polymer-Brush-Immobilized Particles

    Takato Harayama, Yusuke Okamura, Yuichi Shimoda, Daisuke Umeno, Kyoichi Saito, Naoyuki Shinohara, Noboru Kubota

    JOURNAL OF CHEMICAL ENGINEERING OF JAPAN   45 ( 11 ) 896 - 902  2012年  [査読有り]

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    This study investigates improvements in high-resolution elution chromatography of proteins loaded to a bed charged by way of cation-exchange polymer-brush-immobilized particles. A sulfonic acid group as a cation-exchange group was introduced into a polymer brush grafted onto a polyethylene particle with an average diameter of 35 mu m. A bed charged with the resulting cation-exchange polymer-brush-immobilized particles, SS bed, has a sulfonic acid group density of 0.36 mmol/mL-bed. A mixture of alpha-chymotripsinogen A (chy), cytochrome c (cyt), and lysozyme (lys) was loaded onto the SS bed. The subsequent linear gradient elution performance of the proteins adsorbed by the SS bed with 20 mM phosphate buffer (pH 6.0) and 1 M NaCl is compared with those by commercially available cation-exchange-bead-packed beds. The resolutions of the SS bed of both the chy/cyt and cyt/lys pairs at a linear velocity of 600 cm/h exceeded 1.9 at a loading amount of 0.8 mg/mL-bed, which was not achieved using the beds charged with SOURCE (R) 30S, POROS (R) 50HS, or Fractogel (R) EMD SO3- (s). Even at a loading amount of 12 mg/mL-bed, the resolutions of the SS bed for the chy/cyt and cyt/lys pairs at a linear velocity of 300 cm/h were 1.4 and 2.7, respectively.

    DOI

  • DEPENDENCE OF LANTHANIDE-ION BINDING PERFORMANCE ON HDEHP CONCENTRATION IN HDEHP IMPREGNATION TO POROUS SHEET

    Ryo Ishihara, Shiho Asai, Shigeyoshi Otosaka, Shinsuke Yamada, Hideyuki Hirota, Kazuyoshi Miyoshi, Daisuke Umeno, Kyoichi Saito

    SOLVENT EXTRACTION AND ION EXCHANGE   30 ( 2 ) 171 - 180  2012年  [査読有り]

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    An octadecylamino-group-introduced polymer chain grafted onto a porous sheet was impregnated with bis(2-ethylhexyl) hydrogen phosphate (HDEHP). A mixture of HDEHP and ethanol of various HDEHP concentrations was used for the impregnation. The porous sheet into which a C18H37NH group was introduced was immersed in HDEHP/ethanol solution before ethanol evaporation. The liquid permeability of a cartridge charged with the HDEHP-impregnated porous sheet in disk form prepared in 50 (v/v)% HDEHP/ethanol solution was 96% that of the starting-porous-disk-packed cartridge. The equilibrium binding capacity of the HDEHP-impregnated porous disk for yttrium ions was 0.32 mol per kg of the disk. In addition, the HDEHP-impregnated-porous-disc-packed cartridge was found to be applicable to the preconcentration of trace amounts of lanthanides in a multielement solution prior to their measurement by inductively coupled plasma mass spectrometry.

    DOI

  • A system for the rapid determination of the mutation spectrum in Escherichia coli.

    Yohei Tashiro, Akinori Katabami, Kyoichi Saito, Daisuke Umeno

    Analytical sciences : the international journal of the Japan Society for Analytical Chemistry   28 ( 2 ) 95 - 101  2012年  [査読有り]  [国内誌]

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    The first step toward elucidating the mutagenic effects of chemicals and pathways is to determine the specificity of the mutations generated spontaneously or in response to treatment with mutagens. We constructed a set of plasmid-encoded probes for the specific detection of each type of base substitution mutation. Using these probes, we were able to quickly determine both the mutation rate and the specificity of the mutations caused by different types of mutagens and mutagenic conditions. We also developed a PCR-based method to rapidly and robustly determine the mutation spectrum in response to various mutagenic samples in parallel. This system allows one to not only analyze the mutation specificity of various chemicals, but also to search for novel genetic elements that promote the specific mutation events.

    DOI PubMed

  • Removal of Cesium Using Cobalt-Ferrocyanide-Impregnated Polymer-Chain-Grafted Fibers

    Ryo Ishihara, Kunio Fujiwara, Takato Harayama, Yusuke Okamura, Shoichiro Uchiyama, Mai Sugiyama, Taka-aki Someya, Wataru Amakai, Satoshi Umino, Tsubasa Ono, Aguru Nide, Yuya Hirayama, Tsukasa Baba, Takashi Kojima, Daisuke Umeno, Kyoichi Saito, Shiho Asai, Takanobu Sugo

    JOURNAL OF NUCLEAR SCIENCE AND TECHNOLOGY   48 ( 10 ) 1281 - 1284  2011年10月  [査読有り]

    DOI

  • Removal of Boron Using Nylon-Based Chelating Fibers

    Kohsuke Ikeda, Daisuke Umeno, Kyoichi Saito, Fujio Koide, Eiji Miyata, Takanobu Sugo

    INDUSTRIAL & ENGINEERING CHEMISTRY RESEARCH   50 ( 9 ) 5727 - 5732  2011年05月  [査読有り]

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    By using electron-beam-induced graft polymerization, an epoxy-group-containing monomer, glycidyl methacrylate (GMA), was appended onto a 6-nylon fiber; subsequently, N-methylglucamine as a chelate-forming moiety was added to the epoxy group. The chelating group density of the resultant chelating fiber was 2.0 mmol/g, which was 74% of that of a commercially available chelating bead containing the same functionality. A 150 mg-B/L boron solution was forced to flow through the chelating-fiber-packed bed at the space velocity range from 10 to 100 h(-1), defined by dividing flow rate by bed volume (0.3 mL). At a space velocity of 20 h(-1), the dynamic binding capacity of the chelating-fiber-packed bed was 2.5-fold higher than that of the chelating-bead-packed bed.

    DOI

  • A nucleoside kinase as a dual selector for genetic switches and circuits.

    Yohei Tashiro, Hiroki Fukutomi, Kei Terakubo, Kyoichi Saito, Daisuke Umeno

    Nucleic acids research   39 ( 3 ) e12  2011年02月  [査読有り]  [国際誌]

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    The development of genetic switches and their integrated forms (genetic circuits) with desired specifications/functions is key for success in synthetic biology. Due to the difficulty in rational design, genetic switches and circuits with desirable specifications are mostly obtained by directed evolution. Based on a virus-derived nucleotide kinase as a single-gene dual selector, we constructed a robust, efficient and stringent selection system for genetic switches. This method exhibited unprecedented enrichment efficacy (>30,000-fold) of functional switches from non-functional ones in a single selection cycle. In addition, negative (OFF) selection was exceptionally stringent, allowing the rapid and efficient selection of non-leaky from leaky circuits.

    DOI PubMed

  • Electrodialysis of Sulfuric Acid with Cation-Exchange Membranes Prepared by Electron-Beam-Induced Graft Polymerization

    Yuki ASARI, Nobuyoshi SHOJI, Kazuyoshi MIYOSHI, Daisuke UMENO, Kyoichi SAITO

    Journal of Ion Exchange   22 ( 2 ) 53 - 57  2011年  [査読有り]

    DOI

  • Modification of a hydrophobic-ligand-containing porous sheet using tri-n-octylphosphine oxide, and its adsorption/elution of bismuth ions

    Ryota Tanaka, Ryo Ishihara, Kazuyoshi Miyoshi, Daisuke Umeno, Kyoichi Saito, Shiho Asai, Shinsuke Yamada, Hideyuki Hirota

    REACTIVE & FUNCTIONAL POLYMERS   70 ( 12 ) 986 - 990  2010年12月  [査読有り]

     概要を見る

    A neutral extractant, tri-n-octylphosphine oxide (TOPO), was used to chemically modify a porous sheet, with a final density of 1.0 mmol/g. First, glycidyl methacrylate (GMA) was graft-polymerized onto a porous polyethylene sheet with an average pore diameter, porosity, and thickness of 1.2 mu m, 75%, and 2.0 mm, respectively. Second, an octadecane thiol group was introduced into the poly-GMA graft chain. Third. TOPO was deposited on the graft chain via a hydrophobic interaction. Bismuth chloride solution (BiCl3 in 0.15 M HNO3) was forced through the pores of the TOPO-modified porous sheet. The equilibrium binding capacity for bismuth was 0.19 mmol/g. Bismuth ions bound to TOPO were quantitatively eluted with 11 M HNO3. (C) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.

    DOI

  • High-performance collection of palladium ions in acidic media using nucleic-acid-base-immobilized porous hollow-fiber membranes

    Takashi Yoshikawa, Daisuke Umeno, Kyoichi Saito, Takanobu Sugo

    JOURNAL OF MEMBRANE SCIENCE   307 ( 1 ) 82 - 87  2008年01月  [査読有り]

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    We prepared nucleic-acid-base-immobilized porous membranes of a hollow-fiber form with pore size, porosity, and thickness of 0.2 mu m, 70%, and approximately 0.7 mm, respectively. Glycidyl methacrylate was graft-polymerized onto a polyethylene-made porous hollow-fiber membrane, followed by ring-opening of the epoxy group with the amino groups of adenine, guanine, and cytosine. The collection of palladium ions was achievable during the permeation of palladium chloride solution through the adenine-immobilized porous hollow-fiber membrane. The diffusional mass-transfer resistance of palladium ion to immobilized adenine was negligible because palladium ion was transported by permeative flow through the pores. The adenine-immobilized porous membrane with an immobilization density of 0.85 mol/kg of the membrane exhibited the highest molar binding ratio of palladium ion to immobilized adenine of 0.31 in 1 M hydrochloric acid. In addition, a quantitative elution with 4 M hydrochloric acid was experimentally demonstrated. (c) 2007 Published by Elsevier B.V.

    DOI

  • High-throughput solid-phase extraction of metal ions using an iminodiacetate chelating porous disk prepared by graft polymerization.

    Kohei Yamashiro, Kazuyoshi Miyoshi, Ryo Ishihara, Daisuke Umeno, Kyoichi Saito, Takanobu Sugo, Shinsuke Yamada, Hiroyuki Fukunaga, Masanori Nagai

    Journal of chromatography. A   1176 ( 1-2 ) 37 - 42  2007年12月  [査読有り]  [国際誌]

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    A chelating porous sheet for use in solid-phase extraction was prepared by radiation-induced graft polymerization and subsequent chemical modifications. An epoxy-group-containing vinyl monomer was graft-polymerized onto a porous sheet made of polyethylene. The produced epoxy group of the graft chain was converted into an iminodiacetate group. The chelating porous sheet with a density of the iminodiacetate group of 2.1 mol/kg was cut into disks 13 mm in diameter to fit an empty cylindrical cartridge with a capacity of 6 mL. Breakthrough curves using the chelating-porous-disk-packed cartridge overlapped irrespective of the flow rate of the solution ranging up to 1500 mL/h because of negligible diffusional mass-transfer resistance of the copper ions to the iminodiacetate group of the graft chain.

    DOI PubMed

  • Protein binding to amphoteric polymer brushes grafted onto a porous hollow-fiber membrane

    Akio Iwanade, Daisuke Umeno, Kyoichi Saito, Takanobu Sugo

    BIOTECHNOLOGY PROGRESS   23 ( 6 ) 1425 - 1430  2007年11月  [査読有り]

     概要を見る

    Three kinds of ampholites, i.e., 3-aminopropionic acid (NH2C2H4COOH), (2-aminoethyl)-phosphonic acid (NH2C2H4PO3H2), and 2-aminoethane-1-sulfonic acid (NH2C2H4SO3H), were introduced into an epoxy group-containing polymer brush grafted onto a porous hollow-fiber membrane with a porosity of 70% and pore size of 0.36 mu m. The amphoteric group density of the hollow-fiber ranged from 0.50 to 0.72 mmol/g. Three kinds of proteins, i.e., lactoferrin (Lf), cytochrome c (Cyt c), and lysozyme (Ly), were captured by the amphoteric polymer brush during the permeation of the protein solution across the ampholite-immobilized porous hollow-fiber membrane. Multilayer binding of the protein to the amphoteric polymer brush, with a degree of multilayer binding of 3.3, 8.6, and 15 for Lf, Cyt c, and Ly, respectively, with the (2-aminoethyl)-phosphonic acid-immobilized porous hollow-fiber membrane, was demonstrated with a negligible diffusional mass-transfer resistance of the protein to the ampholite immobilized. The 2-aminoethane-1-sulfonic acid-immobilized porous hollow-fiber membrane exhibited the lowest initial flux of the protein solution, 0.41 m/h at a transmembrane pressure of 0.1 MPa and 298 K, and the highest equilibrium binding capacity of the protein, e.g., 130 mg/g for lysozyme. Extension and shrinkage of the amphoteric polymer brushes were observed during the binding and elution of the proteins.

    DOI

  • Escherichia coli robots that freeze, smell, swell, and time-keep

    Y. Tashiro, M. Furubayashi, T. Morijiri, K. Suzuki, K. Yasuno, S. Matsuno, A. Katabami, K. Saito, D. Umeno

    IET Synthetic Biology   1 ( 1-2 ) 41 - 43  2007年  [査読有り]

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    As an extracurricular activity, 18 students in chemistry major tried to create four Escherichia coli 'robots': (1) an imaging system with swimmy bacteria
    (2) a switchable aroma generator
    (3) a balloon bacteria with a light-triggered inflator
    and (4) an E. coli clock. None of the projects were completed, but a number of BioBricks were generated. They include an aroma synthesiser, a motility controller, and a size and shape controller. By assembling and tuning these BioBricks, we will be able to complete our robot manufacture. We belive these BioBricks would expand the toolbox in bacterial robotics. © 2007 The Institution of Engineering and Technology.

    DOI

  • Probing the mutation spectrum in E. coli.

    Tsuyoshi Suzuki, Keiichi Suzuki, Yohei Tashiro, Kyoichi Saito, Daisuke Umeno

    Nucleic acids symposium series (2004)   ( 51 ) 289 - 90  2007年  [査読有り]  [国際誌]

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    The mutation spectrum, together with mutation frequency, is decisive for the size and nature of genetic diversity. We constructed plasmid-encoded probes for specific detection of each and all of the six base substitutions. Using the set of the probes, we analyzed the mutation spectrumon the plasmids caused by different types of mutagens and mutator enzymes/alleles.

    PubMed

  • Diversifying carotenoid biosynthetic pathways by directed evolution.

    Daisuke Umeno, Alexander V Tobias, Frances H Arnold

    Microbiology and molecular biology reviews : MMBR   69 ( 1 ) 51 - 78  2005年03月  [査読有り]  [国際誌]

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    Microorganisms and plants synthesize a diverse array of natural products, many of which have proven indispensable to human health and well-being. Although many thousands of these have been characterized, the space of possible natural products--those that could be made biosynthetically--remains largely unexplored. For decades, this space has largely been the domain of chemists, who have synthesized scores of natural product analogs and have found many with improved or novel functions. New natural products have also been made in recombinant organisms, via engineered biosynthetic pathways. Recently, methods inspired by natural evolution have begun to be applied to the search for new natural products. These methods force pathways to evolve in convenient laboratory organisms, where the products of new pathways can be identified and characterized in high-throughput screening programs. Carotenoid biosynthetic pathways have served as a convenient experimental system with which to demonstrate these ideas. Researchers have mixed, matched, and mutated carotenoid biosynthetic enzymes and screened libraries of these "evolved" pathways for the emergence of new carotenoid products. This has led to dozens of new pathway products not previously known to be made by the assembled enzymes. These new products include whole families of carotenoids built from backbones not found in nature. This review details the strategies and specific methods that have been employed to generate new carotenoid biosynthetic pathways in the laboratory. The potential application of laboratory evolution to other biosynthetic pathways is also discussed.

    PubMed

  • Evolution of a pathway to novel long-chain carotenoids.

    Daisuke Umeno, Frances H Arnold

    Journal of bacteriology   186 ( 5 ) 1531 - 6  2004年03月  [査読有り]  [国際誌]

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    Using methods of laboratory evolution to force the C(30) carotenoid synthase CrtM to function as a C(40) synthase, followed by further mutagenesis at functionally important amino acid residues, we have discovered that synthase specificity is controlled at the second (rearrangement) step of the two-step reaction. We used this information to engineer CrtM variants that can synthesize previously unknown C(45) and C(50) carotenoid backbones (mono- and diisopentenylphytoenes) from the appropriate isoprenyldiphosphate precursors. With this ability to produce new backbones in Escherichia coli comes the potential to generate whole series of novel carotenoids by using carotenoid-modifying enzymes, including desaturases, cyclases, hydroxylases, and dioxygenases, from naturally occurring pathways.

    PubMed

  • Engineering proteins that bind, move, make and break DNA.

    Cynthia H Collins, Yohei Yokobayashi, Daisuke Umeno, Frances H Arnold

    Current opinion in biotechnology   14 ( 6 ) 665 - 665  2003年12月  [査読有り]  [国際誌]

    PubMed

  • Method to protect a targeted amino acid residue during random mutagenesis.

    Daisuke Umeno, Kaori Hiraga, Frances H Arnold

    Nucleic acids research   31 ( 16 ) e91  2003年08月  [査読有り]  [国際誌]

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    To generate a random mutant library that is free from mutation at a particular amino acid residue, we replace the codon of interest with a detachable, short DNA sequence containing a BsaXI recognition site. After PCR mutagenesis, this sequence is removed and intramolecular ligation of the sequences flanking the insert regenerates the gene. The three-base cohesive ends for ligation correspond to the codon for the targeted residue and any sequences with mutations at this site will fail to ligate. As a result, only the variants that are free from mutation at this site are in the proper reading frame. In a random library of C(30) carotenoid synthase CrtM, this method was used to exclude readily accessible mutations at position F26, which confer C(40) synthase function. This enabled us to identify two additional mutations, W38C and E180G, which confer the same phenotype but are present in the random library at much lower frequencies.

    PubMed

  • A C35 carotenoid biosynthetic pathway.

    Daisuke Umeno, Frances H Arnold

    Applied and environmental microbiology   69 ( 6 ) 3573 - 9  2003年06月  [査読有り]  [国際誌]

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    Upon coexpression with Erwinia geranylgeranyldiphosphate (GGDP) synthase in Escherichia coli, C(30) carotenoid synthase CrtM from Staphylococcus aureus produces novel carotenoids with the asymmetrical C(35) backbone. The products of condensation of farnesyldiphosphate and GDP, C(35) structures comprise 40 to 60% of total carotenoid accumulated. Carotene desaturases and carotene cyclases from C(40) or C(30) pathways accepted and converted the C(35) substrate, thus creating a C(35) carotenoid biosynthetic pathway in E. coli. Directed evolution to modulate desaturase step number, together with combinatorial expression of the desaturase variants with lycopene cyclases, allowed us to produce at least 10 compounds not previously described. This result highlights the plastic and expansible nature of carotenoid pathways and illustrates how combinatorial biosynthesis coupled with directed evolution can rapidly access diverse chemical structures.

    PubMed

  • Generating mutant libraries using error-prone PCR.

    Patrick C Cirino, Kimberly M Mayer, Daisuke Umeno

    Methods in molecular biology (Clifton, N.J.)   231   3 - 9  2003年  [査読有り]  [国際誌]

    PubMed

  • Evolution of the C30 carotenoid synthase CrtM for function in a C40 pathway.

    Daisuke Umeno, Alexander V Tobias, Frances H Arnold

    Journal of bacteriology   184 ( 23 ) 6690 - 9  2002年12月  [査読有り]  [国際誌]

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    The C30 carotene synthase CrtM from Staphylococcus aureus and the C40 carotene synthase CrtB from Erwinia uredovora were swapped into their respective foreign C40 and C30 biosynthetic pathways (heterologously expressed in Escherichia coli) and evaluated for function. Each displayed negligible ability to synthesize the natural carotenoid product of the other. After one round of mutagenesis and screening, we isolated 116 variants of CrtM able to synthesize C40 carotenoids. In contrast, we failed to find a single variant of CrtB with detectable C30 activity. Subsequent analysis revealed that the best CrtM mutants performed comparably to CrtB in an in vivo C40 pathway. These mutants showed significant variation in performance in their original C30 pathway, indicating the emergence of enzymes with broadened substrate specificity as well as those with shifted specificity. We discovered that Phe 26 alone determines the specificity of CrtM. The plasticity of CrtM with respect to its substrate and product range highlights the potential for creating further new carotenoid backbone structures.

    PubMed

  • Affinity precipitation separation of DNA binding protein using block conjugate composed of poly(N-isopropylacrylamide) grafted double-stranded DNA and double-stranded DNA containing a target sequence.

    Nobuaki Soh, Daisuke Umeno, Zhonglan Tang, Masaharu Murata, Mizuo Maeda

    Analytical sciences : the international journal of the Japan Society for Analytical Chemistry   18 ( 12 ) 1295 - 9  2002年12月  [査読有り]  [国内誌]

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    In this research, we synthesized a novel DNA-polymer conjugate and evaluated its application to an affinity precipitation separation of TATA-box binding protein (TBP), which is a representative general transcription factor. The conjugate was composed of two fractions. One was a double-stranded DNA modified by the grafting of poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAAm), which is known as a thermosensitive vinyl polymer. The other fraction is a native double-stranded DNA containing a specific base sequence (5'-TATAAA-3') called a TATA-box. These two fractions, which have EcoRI termini, were treated with T4 DNA ligase, and the block conjugate was obtained as a precipitate after two wash processes. When the resultant block conjugate was introduced into a sample solution containing TBP (0.26 microM) and bovine serum albumin (BSA) (0.39 microM), a rapid and selective precipitation separation of TBP under homogeneous conditions was achieved by controlling temperature. The purity of TBP in the precipitation fraction was estimated to be above 90%.

    PubMed

  • Sequence-specific affinity precipitation of oligonucleotide using poly(N-isopropylacrylamide) - Oligonucleotide conjugate

    Takeshi Mori, Daisuke Umeno, Mizuo Maeda

    Biotechnology and Bioengineering   72 ( 3 ) 261 - 268  2001年02月  [査読有り]

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    In this study we develop a sequence-specific precipitation separation system of oligonucleotide (ODN) using a conjugate between poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) and ODN. PNIPAM is known as a thermoresponsive polymer and dehydrates to precipitate above its phase transition temperature in an aqueous milieu. The principal advantage of this separation system using the conjugate is that the hybridization reaction between the conjugate and oligonucleotide is conducted in homogeneous solution. The conjugate was prepared by copolymerization between N-isopropylacrylamide and a vinyl-derivatized (dT)8. The obtained conjugate efficiently precipitated (dA)8 from solution when the solution contained more than 1.5 M NaCl. The conjugate containing 3 nmol of (dT)8 residue was able to precipitate 1.4 nmol of (dA)8, suggesting that the (dT)8 residue of the conjugate formed a triple helix with (dA)8. From an equimolar mixture of (dA)8 and its one point mutant, the conjugate selectively precipitated (dA)8: the highest selectivity was obtained for the isolation of (dA)8 from the mixture consisting of (dA)4dT(dA)3 and (dA)8. When the conjugate was applied for the precipitation of five oligo(dA)s having different chain lengths, the longer oligo(dA)s tended to be precipitated by the conjugate more efficiently than the shorter ones. The conjugate could be used repeatedly for precipitation of (dA)8 without showing any loss in precipitation efficiency. © 2001 John Wiley &amp
    Sons, Inc.

    DOI PubMed

  • Cooperativity vs. Phase transition in a giant single DNA molecule

    T. Iwataki, K. Yoshikawa, S. Kidoaki, D. Umeno, M. Kiji, M. Maeda

    Journal of the American Chemical Society   122 ( 41 ) 9891 - 9896  2000年10月  [査読有り]

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    Single-chain observation of giant DNAs grafted with poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAAM) was performed using fluorescence microscopy while changing the solution temperature. The PNIPAAM-grafted DNA was prepared through the intercalation of psoralen-terminated PNIPAAM. Individual DNAs grafted with PNIPAAM exhibit a sharp but continuous transition at around 34 °C, from an elongated coil to a collapsed compact state. It is found that the width of the transition is almost the same between the level of individual DNAs and the level of ensemble DNAs. The unique nature of this transition is discussed in comparison with the discrete nature of the folding transition in native double-strand DNAs. With the addition of spermidine, a trivalent amine, the conformation of individual T4DNAs changes in a markedly discrete manner, on the level of individual giant DNAs, whereas in the ensemble, the size of T4 DNAs changes rather mildly
    i.e., the transition appears to occur over a temperature range of 30 degrees. Thus, it is confirmed that the cooperative transition on the DNAs grafted with PNIPAAM exhibits a sharper transition than the change in the ensemble average for the discrete phase transition in native DNAs induced by the polycation.

    DOI

  • Molecular breeding of carotenoid biosynthetic pathways

    Claudia Schmidt-Dannert, Daisuke Umeno, Frances H. Arnold

    Nature Biotechnology   18 ( 7 ) 750 - 753  2000年07月  [査読有り]

    DOI

  • Synthesis and Characterization of Vinyl Polymer-Grafted DNA and Its AB-Type Block Conjugate with Native DNA Fragment

    Daisuke Umeno, Masami Kiji, Masaharu Murata, Mizuo Maeda

    Polymer Journal   31 ( 11_2 ) 1109 - 1114  1999年11月  [査読有り]

    DOI

  • Temperature-induced precipitation of specific DNA fragments using DNA-poly (N-isopropylacrylamide) conjugate

    Daisuke Umeno, Mizuo Maeda

    Chemistry Letters   28 ( 5 ) 381 - 382  1999年  [査読有り]

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    Soluble conjugates between double stranded DNA and poly(N-isopropylacrylamide) (polyNIPAAm) was synthesized and applied to the selective separation of DNA fragments: the target fragments were connected to the DNA-polyNIPAAm conjugate with the aid of T4 DNA ligase, followed by temperature-induced precipitation. Target DNA was collected from the resultant precipitate in high purity.

    DOI

  • Water-soluble conjugate of double-stranded DNA and poly(N-isopropylacrylamide) for one-pot affinity precipitation separation of DNA-binding proteins

    Daisuke Umeno, Masafumi Kawasaki, Mizuo Maeda

    Bioconjugate Chemistry   9 ( 6 ) 719 - 724  1998年11月  [査読有り]

    担当区分:筆頭著者

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    Poly(N-isopropylacrylamide) having a terminal psoralen group was synthesized and covalently bound to plasmid pBR 322 DNA through a photochemical reaction. The resulting conjugate exhibited temperature-responsive precipitation due to the aggregation of poly(N-isopropylacrylamide) chains when heated above 31 °C. This system was used for the one-pot separation of restriction endonuclease EcoRI.

    DOI PubMed

  • Affinity adsorption separation of mutagenic molecules by polyacrylamide hydrogels comprising double-stranded DNA

    Daisuke Umeno, Takeshi Kano, Mizuo Maeda

    Analytica Chimica Acta   365 ( 1-3 ) 101 - 108  1998年06月  [査読有り]

    担当区分:筆頭著者

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    Polyacrylamide hydrogels comprising double-stranded DNA were synthesized and applied as the absorbent for DNA-binding mutagenic molecules. Vinyl groups were immobilized on salmon sperm DNA via photoreaction between DNA and a vinyl derivative of psoralen. The resulting DNA macromonomer was fed into the polymerization system of acrylamide and N,N'-methylenebisacrylamide to give a hybrid hydrogel between DNA and polyacrylamide. Adsorption functions of the DNA hydrogel were studied for a variety of DNA-binding drugs and dyes. Copyright (C) 1998 Elsevier Science B.V.

    DOI

  • Photolithographic coating of polymers on DNA as an approach for construction of nano-structures

    D. Umeno, M. Kawasaki, M. Maeda

    Supramolecular Science   5 ( 3-4 ) 427 - 431  1998年  [査読有り]

    担当区分:筆頭著者

     概要を見る

    We synthesized poly(N-isopropylacrylamide) terminated with psoralen. Photo-induced reaction between DNA and the psoralen end group resulted in the grafting of poly(N-isopropylacrylamide) on double-stranded DNA. On the other hand, binding efficiency of DNA binding proteins such as restriction endonucleases to the DNA decreased significantly with increasing degree of polymer modification: At a certain level of polymer introduction, DNA was revealed to be practically 'jacketed'. Lithography was attempted to this grafting procedure. We found that pre-incubation of a restriction endonuclease EcoRI with DNA resulted in selective preservation of its binding site from polymer modification. The application of this technique would allow us facile methods to construct a precisely regulated nanoscale architecture.

    DOI

  • Single stranded DNA-poly(N-isopropylacrylamide) conjugate for affinity precipitation separation of oligonucleotides

    Daisuke Umeno, Mizuo Maeda

    Chemical Communications   ( 14 ) 1433 - 1434  1998年  [査読有り]

    担当区分:筆頭著者

    DOI

  • Poly(N-isopropylacrylamide) Carrying Double-Stranded DNA for Affinity Separation of Genotoxins

    Daisuke Umeno, Mizuo Maeda

    Analytical Sciences   13 ( 4 ) 553 - 556  1997年  [査読有り]

    担当区分:筆頭著者

     概要を見る

    We immobilized double-stranded DNA on poly(N-isopropylacrylamide), which is temperature-sensitive and gives precipitates from an aqueous solution when heated over 31°C. Photochemical conjugation with a vinyl derivative of psoralen was demonstrated to make the DNA polymerizable with a vinyl monomer. The radical copolymerization with N-isopropylacrylamide gave the temperature-responsive conjugate. The conjugate was shown to capture ethidium, a DNA-binding genotoxin, and precipitate with it when heated. About 95% of ethidium was separated from its highly diluted solution (3 ppm).

    DOI

  • Psoralen-Containing Vinyl Monomer for Conjugation of Double-Helical DNA with Vinyl Polymers

    Mizuo Maeda, Chitoshi Nishimura, Daisuke Umeno, Makoto Takagi

    Bioconjugate Chemistry   5 ( 6 ) 527 - 531  1994年11月  [査読有り]

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    We have synthesized a vinyl monomer having a psoralen moiety, which can form a photoadduct with double-helical DNA. The monomer 1 was proved to have an ability to crosslink DNA double strands through a photochemical reaction when irradiated by UV light. The resulting DNA having vinyl groups was copolymerized with a comonomer such as acrylamide and N-isopropylacrylamide to give rise to a DNA—vinyl polymer conjugate. A conjugation based on covalent bondings was verified by using gel electrophoresis
    the conjugation efficiency was found to be dependent upon concentration of the monomer which had been used in the antecedent photochemical reaction. This monomer will be a useful tool when anchoring double-helical DNA on polymeric materials for separating and sensing DNA-binding substances. © 1994, American Chemical Society. All rights reserved.

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書籍等出版物

  • バイオベンチャーの冒険者たち(千葉大学ベンチャービジネスラボ編)

    梅野太輔( 担当範囲: 生物を作る〜新薬を生み出すスーパー酵母を創る)

    幻冬舎  2018年03月

  • Propagation and aggregation of motile cells of Escherichia coli pattern.

    Sakurai, T, Tsujikawa, T, Umeno, D

    1. Complexity and Synergetics SC Muller Edn., Springer International  2018年

  • アブストラクトで学ぶ理系英語 : 構造図解50

    斎藤恭一, 梅野太輔

    朝倉書店  2017年 ISBN: 9784254102765

  • 進化分子工学~高速分子進化によるタンパク質・核酸の開発~

    古林真衣子, 梅野太輔, 伏見譲( 担当範囲: 人工代謝経路構築のための進化分子工学)

    エヌティーエス  2013年

  • 細胞を創る・生命システムを創る

    梅野太輔( 担当範囲: 代謝ネットワークを創る)

    実験医学増刊29  2011年

  • 合成生物工学の隆起

    古林真衣子, 梅野太輔( 担当範囲: 代謝ネットワーク建設のための進化分子工学 —進化的デザインによる非天然代謝経路の創出)

    CMC出版  2010年

  • カロテノイドの科学と最新応用技術,

    梅野太輔, 古林真衣子, 三沢典彦( 担当範囲: カロテノイドの生合成)

    CMC出版  2009年

  • Diagnostic polymers reagents carrying DNA.

    Maeda M, Mori T, Umeno, D, Katayama, T

    Biomed. Diagnostic Sci. and Technol.,215  2002年

  • Imprinting of proteins on polymer-coated DNA for affinity separation with enhanced selectivity.

    Umeno, D, Kawasaki, M, Maeda, M

    ACS Symposium Series, American Chemical Society, Washington DC,703  1998年

  • Soluble conjugate between DNA and vinyl polymers

    Umeno, D, Maeda, M

    Advances in Polymeric Biomaterials Sci.,CMC, Tokyo  1997年

  • Conjugation of DNA with functional vinyl polymers by using vinyl derivatives of psoralen as linkers.

    Maeda M, Umeno, D, Nishimura, C, Takagi M

    Hydrogels and Biodegradable Polymers for Bioapplications, 627  1996年

  • Hybrid biomaterials comprising double-helical DNA. Covalent coupling between lambda phage DNA and poly(N-isopropylacrylamide).

    Maeda M, Umeno, D, Takagi M

    Proc. Int. Symp. Biomed. Polym.  1993年

  • Conjugation of DNA with functional vinyl polymers by using vinyl derivatives of psoralen as a linker.

    Maeda M, Umeno D, Nishimura C, Takagi, M

    ACS Symposium Series, American Chemical Society, Washington DC, 627,  1993年

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Misc

  • 非天然カロテノイド生合成経路の進化分子工学

    梅野太輔

    光合成研究   30 ( 2 ) 110 - 124  2020年08月

  • 生合成酵素を分子認識素子とするアルカロイドセンサの開発

    野々下芽以, 木村友紀, 大谷悠介, 小林一幾, 中川明, 南博道, 河合(野間)繁子, 梅野太輔

    日本化学会春季年会講演予稿集(CD-ROM)   100th  2020年

    J-GLOBAL

  • 放射線前照射乳化グラフト重合法を適用して作製したアニオン交換繊維のタンパク質吸着量に及ぼす線量の効果

    板橋 長史, 松﨑 優香, 河合(野間) 繁子, 梅野 太輔, 斎藤 恭一

    RADIOISOTOPES   68 ( 7 ) 451 - 457  2019年

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    <p>ポリエチレン(PE)繊維へのグリシジルメタクリレート(GMA)の放射線前照射乳化グラフト重合及びそれに続く化学修飾によって,アニオン交換繊維を作製した。まず,PE繊維へ20~200 kGyの範囲で電子線を照射し,GMAをグラフト重合した。続いて,GMAグラフト鎖中のエポキシ基をジエチルアミノ(DEA)基へ転化した。このときモル転化率は89~93%であった。線量を変えて,グラフト率85±8%の範囲で作製したアニオン交換繊維の,DEA基密度に対するCl吸着量のモル比は,線量によらず1であった。一方,20 kGyで作製したアニオン交換繊維のウシ血清アルブミンの吸着量は,200 kGyで作製したアニオン交換繊維のそれに比べて3.4倍高い値を示した。</p>

    DOI CiNii

  • パラジウム担持グラフト繊維の作製と2-クロロフェノールの脱塩素化特性

    岩﨑 正樹, 原 孝佳, 島津 省吾, 藤原 邦夫, 須郷 高信, 河合(野間) 繁子, 梅野 太輔, 斎藤 恭一

    RADIOISOTOPES   68 ( 7 ) 443 - 449  2019年

     概要を見る

    <p>PCB(ポリ塩化ビフェニル)関連物質を分解するために,放射線グラフト重合法を適用して,パラジウム(Pd)を担持させた繊維を作製した。ジメチルアミノエチルメタクリレートグラフト重合繊維にPdアニオン種(PdCl42−)を吸着させ,−3~25°Cの温度でヒドラジン(N2H4)を用いて金属Pdに還元した。還元温度を−3°Cとして作製したPd担持繊維が,水素源としてヒドラジンを使う2-C6H4ClOHの脱塩素化で最も高い活性を示した。2時間の反応時間で2-C6H4ClOHをフェノール(2-C6H4ClOH)へほぼ100%脱塩素化できた。</p>

    DOI CiNii

  • 二次代謝経路の一次代謝化技術:融和的入植と高出力化のための生合成リデザイン学

    大谷 悠介, 関 貴洋, 梅野 太輔

    ファルマシア   55 ( 7 ) 658 - 661  2019年

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    二次代謝経路(天然物経路)は生理活性と新規酵素の宝庫であり,リデザインも容易である。一方で,これを一次代謝に匹敵する馬力で高度に運転するためには,多くの新しい工学的努力を要する。本稿では,筆者たちのテルペノイド合成経路の進化工学の経験をもとに,天然物生合成経路の高効率運転を目指したリデザイン技術のあり方について議論する。

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  • ノーベル化学賞 : 進化のプロセスを模したタンパク質機能のデザイン手法

    梅野 太輔

    パリティ = Parity : 物理科学雑誌   33 ( 12 ) 44 - 48  2018年12月

    CiNii

  • 「進化」が可能にした新しい酵素や抗体の超高速開発

    梅野太輔

    実験医学2018年12月号   36 ( 19 ) 3265 - 3267  2018年11月

  • タンニン酸固定繊維を用いた富士山湧き水からのバナジウムの採取

    山上 和馬, 矢島 由莉佳, 若林 英行, 藤原 邦夫, 須郷 高信, 河合(野間) 繁子, 梅野 太輔, 斎藤 恭一

    日本海水学会誌   72 ( 6 ) 329 - 331  2018年

     概要を見る

    グリシジルメタクリレートグラフト重合繊維にタンニン酸を固定した.25 %のタンニン酸含有率のタンニン酸固定繊維(TA繊維)を富士山湧き水からのバナジウム(V)の採取に用いた.1グラムのTA繊維を58&mu;g-V/Lの濃度の富士山湧き水1リットルに回分式で24時間接触させると採取率は70 %であった.繊維に吸着したVは0.5 M塩酸を使って定量的に溶離できた.さらに,吸着と溶離を繰り返したとき,3回後でもV吸着量は一定であった.

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  • チタンケイ酸ナトリウム担持繊維の作製と得られた繊維の海水からのストロンチウムの除去

    鈴木 祐人, 成毛 翔子, 片桐 瑞基, 藤原 邦夫, 須郷 高信, 小島 隆, 河合(野間) 繁子, 梅野 太輔, 斎藤 恭一

    日本海水学会誌   72 ( 1 ) 36 - 40  2018年

     概要を見る

    海水中でのストロンチウム(Sr)の吸着容量を高めるために,ペルオキソチタン錯体アニオンをジメチルアミノプロピルアクリルアミド(DMAPAA)グラフト重合繊維に吸着固定した.その後,オルトケイ酸ナトリウムとの反応によってチタンケイ酸ナトリウムに転化・析出させた.得られた繊維を,液繊維比100 mL/gで人工海水に浸漬したとき,Sr除去率およびCaに対するSrの選択係数は,それぞれ83 %および4.3であった.これらの除去率および選択係数の値はチタン酸ナトリウム担持繊維のそれに比較して,それぞれ1.1および2倍であった.

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  • N-ビニルアセトアミドグラフト重合繊維による緑茶抽出液中からのカテキンの吸着

    松浦 佑樹, 若林 英行, 川村 竜之介, 河合(野間) 繁子, 梅野 太輔, 斎藤 恭一, 藤原 邦夫, 須郷 高信, 矢島 由莉佳, 日置 淳平

    RADIOISOTOPES   67 ( 11 ) 551 - 557  2018年

     概要を見る

    <p>緑茶抽出液中からカテキンを吸着除去するために,アミド系モノマーであるN-ビニルアセトアミド(NVAA : N-vinylacetamide)をナイロン繊維にグラフト重合した繊維(NVAA繊維)を作製した。NVAA繊維(グラフト率79%)の繊維重量あたりのカテキン飽和吸着量は0.78 mmol-catechin/gであり,N-ビニル-2-ピロリドングラフト重合繊維と比較して3.7倍であった。また,NVAA繊維に吸着したカテキンを0.1 M NaOHで定量的に溶離させることによって,NVAA繊維をカテキン吸着に繰返し使用できた。</p>

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  • タンニン酸固定繊維を用いたカフェイン吸着と熱水によるカフェインの溶離

    山上 和馬, 塩野 貴史, 若林 英行, 松浦 佑樹, 河合(野間) 繁子, 梅野 太輔, 斎藤 恭一, 藤原 邦夫, 須郷 高信, 矢島 由莉佳, 日置 淳平

    化学工学論文集   44 ( 5 ) 298 - 302  2018年

     概要を見る

    <p>放射線グラフト重合法を適用して,市販の6-ナイロン繊維へグリシジルメタクリレート(GMA)をグラフト重合後,タンニン酸との反応によって,ポリGMA鎖のエポキシ基にタンニン酸を固定し,カフェイン吸着材としてタンニン酸固定繊維を作製した.タンニン酸含有率25%のタンニン酸固定繊維のカフェイン濃度1 mMに対する平衡吸着量は3.1×10−2 mmol/gであった.タンニン酸固定繊維に吸着したカフェインを50°Cの熱水を使って100%溶離できた.吸着と溶離を8回繰り返しても繊維へのカフェイン吸着量は減少せず一定のままであった.</p>

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  • アクリル酸グラフト繊維を用いた高濃度なリン酸緩衝液中でのリゾチームの高容量吸着

    松﨑 優香, 板橋 長史, 河合(野間) 繁子, 梅野 太輔, 斎藤 恭一

    RADIOISOTOPES   67 ( 7 ) 321 - 328  2018年

     概要を見る

    <p>高濃度なリン酸緩衝液中でリゾチームを高容量に吸着する弱酸性カチオン交換繊維を作製するために,放射線グラフト重合法を適用して,ナイロン-6繊維へアクリル酸をグラフト重合した。得られた弱酸性カチオン交換繊維をカラムへ充填し,50~250 mMリン酸緩衝液(pH 6.0)に溶かしたリゾチームを空間速度20 h−1で流通し,動的吸着容量(DBC)を測定した。市販の弱酸性カチオン交換ビーズ(CM Sepharose® Fast Flow, GE Healthcare製)充填カラムのDBCは,緩衝液濃度の増大に伴って88から9 mg/mL-bedに減少した。一方,弱酸性カチオン交換繊維充填カラムのDBCは,緩衝液濃度50から200 mMの範囲で一定の値(200 mg/mL-bed)を示した。</p>

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  • ペルオキソチタン錯体アニオンのアニオン交換繊維への繰返し吸着によるストロンチウム吸着繊維のチタン酸ナトリウム担持率の向上

    後藤 駿一, 片桐 瑞基, 成毛 翔子, 藤原 邦夫, 須郷 高信, 小島 隆, 河合(野間) 繁子, 梅野 太輔, 斎藤 恭一

    RADIOISOTOPES   67 ( 5 ) 213 - 219  2018年

     概要を見る

    <p>ストロンチウム(Sr)吸着材を構成するチタン酸ナトリウム(ST)の前駆体であるペルオキソチタン錯体(POTC)アニオンをジメチルアミノエチルメタクリレート重合繊維へ繰り返して吸着固定し,これをNaOHと反応させSTに転化・析出することによって,Srイオンを海水中で,高容量で捕集するSr吸着繊維を作製した。10回の繰り返し吸着固定後にNaOHとの反応によって得られる吸着繊維のST担持率は1回の担持によるST担持率18%の1.6倍(29%)に増加した。10回の担持で,人工海水中でのSr飽和吸着容量も1.5倍(2.9 mg-Sr/g)に増えた。</p>

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  • 進化分子応学技術による遺伝子誘導系の開発

    梅野太輔

    バイオサイエンスとインダストリ   75   227 - 228  2017年

  • 6-ナイロン繊維へのDMAPAA-Qの放射線グラフト重合

    増山 嘉史, 藤原 邦夫, 須郷 高信, 河合(野間) 繁子, 梅野 太輔, 斎藤 恭一

    日本海水学会誌   71 ( 2 ) 92 - 96  2017年

     概要を見る

    放射線グラフト重合法を適用して,市販のナイロン繊維を出発材料にして,強塩基性アニオン交換基をもつビニルモノマー,ジメチルアミノプロピルアクリルアミド塩化メチル4級塩(DMAPAA-Q)をグラフト重合することによって,一段階で新規アニオン交換繊維を作製した.溶媒に第一級アルコール(1-ブタノール)を用いて,グラフト率を78 %,これをアニオン交換基密度に換算すると2.1 mmol/g-dryまで向上させた.作製した強塩基性アニオン交換繊維のアルカリ安定性を調べ,1 M NaOH水溶液中,40 ℃で3 h浸漬させたとき,強塩基性アニオン交換基はほぼ分解しなかった.

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  • 放射線乳化グラフト重合法を用いた抗体高速精製のためのアニオン交換繊維の作製

    工藤 大樹, 松﨑 優香, 河合(野間) 繁子, 梅野 太輔, 斎藤 恭一

    RADIOISOTOPES   66 ( 7 ) 243 - 249  2017年

     概要を見る

    <p>放射線乳化グラフト重合法を用いて,ポリエチレン繊維を基材とした抗体高速精製のためのアニオン交換吸着材(アニオン交換繊維)を作製した。グリシジルメタクリレート(GMA)をTween 20によって乳化させ,乳化グラフト重合を行った。続いて,グラフト鎖中のエポキシ基にジエチルアミンを付加した。ジエチルアミノ型アニオン交換繊維を高さ2.0 cmでカラムへ充填し,ウシ血清アルブミン(BSA)溶液を空間速度60 h−1で流通したところ,動的吸着容量は76 mg-BSA/mL-columnであった。同様にBSA溶液を空間速度1200 h−1で流通したときのBSAの動的吸着容量は,33 mg-BSA/mL-columnであり,市販のアニオン交換粒子(DEAE Sepharose Fast Flow)を同じ高さで充填したカラムのそれよりも35倍高かった。これは,アニオン交換繊維ではアニオン交換基が繊維表面近傍に存在するのに対して,アニオン交換粒子ではアニオン交換基が粒子内部に存在するためである。</p>

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  • 生体高分子の恊働様式の進化分子工学 (酵素工学研究会第76回講演会)

    梅野 太輔

    酵素工学研究会講演会講演要旨集   76   18 - 21  2016年10月

    CiNii

  • DMAPAAグラフト繊維に担持されたチタン酸ナトリウムの組成およびそのストロンチウムイオン交換比の決定

    成毛 翔子, 後藤 駿一, 片桐 瑞基, 藤原 邦夫, 須郷 高信, 河合(野間) 繁子, 梅野 太輔, 斎藤 恭一

    日本海水学会誌   70 ( 6 ) 364 - 368  2016年

     概要を見る

    ジメチルアミノプロピルアクリルアミド (DMAPAA) の放射線グラフト重合とそれに続く沈殿生成反応によって,チタン酸ナトリウムを市販の6-ナイロン繊維に担持した.DMAPAAグラフト繊維にペルオキソチタン錯体アニオンを吸着させたあと,水酸化ナトリウムとの反応によって,グラフト鎖内でペルオキソチタン錯体アニオンをチタン酸ナトリウムに転化した.得られたチタン酸ナトリウムを硝酸に浸漬し,硝酸中に担持物を全量溶解させた.グラフト鎖に担持された担持物中のチタンに対するナトリウムのモル比は0.76であった.この値から算出されたチタン酸ナトリウムの組成式Na3.8Ti5O11.9は,既報のチタン酸ナトリウムの組成比Na4Ti5O12とほぼ一致した.また,0.5 M塩化ナトリウムおよび0.05 M塩化ストロンチウムの混合水溶液中のストロンチウムイオンを吸着させたとき,モルイオン交換比は0.55であった.

    DOI CiNii

  • 放射線グラフト重合法によるレーヨン基材のホウ素除去用キレート繊維の作製

    中村 祐樹, 平山 雄祥, 藤原 邦夫, 須郷 高信, 河合(野間) 繁子, 梅野 太輔, 斎藤 恭一

    日本海水学会誌   70 ( 4 ) 255 - 260  2016年

     概要を見る

    放射線グラフト重合法を適用して,レーヨン繊維にグリシジルメタクリレート (GMA) をグラフト重合した.つづいて,付与したポリGMA鎖にN-メチルグルカミン (NMG) を固定し,ホウ素除去用レーヨン基材キレート繊維を作製した.得られた繊維のNMG基密度は,1.9 mmol/gであった.同様に,6-ナイロン繊維にNMGを1.9 mmol/gの密度で固定したナイロン基材キレート繊維も作製した.2種類の繊維を高さ10 mmで充填したカラムにホウ素溶液を流通させ,ホウ素吸着性能を評価した.150 mg-B/Lの供給液濃度に対する平衡吸着容量は,どちらの繊維でも一致し,15 mg-B/gであった.一方で,空間速度40 h-1でのレーヨンおよびナイロン基材キレート繊維の動的吸着容量は,それぞれ9.4および4.5 mg-B/gであった.

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  • 海水中でのイミノ二酢酸型キレート繊維の吸着等温式の決定と東電福島第一原発の閉鎖海域内汚染海水への組み紐状繊維の分割投入の提案

    後藤 駿一, 菊池 孝浩, 河野 通尭, 片桐 瑞基, 藤原 邦夫, 須郷 高信, 河合(野間) 繁子, 梅野 太輔, 斎藤 恭一, 森本 泰臣

    日本海水学会誌   70 ( 2 ) 110 - 115  2016年

     概要を見る

    放射線グラフト重合法によって,エポキシ基を有するビニルモノマー(グリシジルメタクリレート)を市販の6-ナイロン繊維にグラフト重合した.その後,グラフト鎖中のエポキシ基の一部を,海水から放射性ストロンチウムを除去できるイミノ二酢酸基に転化し,イミノ二酢酸型キレート繊維(IDA繊維)を作製した.人工海水中で,3種類のアルカリ土類金属(ストロンチウム,カルシウム,およびマグネシウム)の繊維への吸着平衡関係は3成分系のLangmuir型吸着等温式で表わされることがわかった.閉鎖海域の海水へIDA繊維を,一度にではなく,分割して投入・浸漬するストロンチウム除去方法を本研究で提案した.この分割投入によって,同じストロンチウム除去率を得るのに必要な繊維の量を削減できることを回分実験から実証した.さらに,分割投入の回数に伴う3種類のアルカリ土類金属の平衡濃度の変化は,上記の3成分系のLangmuir型吸着等温式と物質収支式とから算出される計算値とよく一致した.

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  • テルペノイド合成酵素の機能進化デザイン

    田代 美希, 梅野 太輔

    化学と生物   54 ( 8 ) 562 - 567  2016年

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    テルペノイド化合物の効率的な微生物生産を目指した研究が,近年盛んに行われている.代謝工学の進展に伴い,テルペノイド・テルペン類の生物生産におけるボトルネックは,テルペノイド生合成酵素そのものに移り始めている.本稿では,さまざまなテルペノイド生合成酵素活性のスクリーニング技術を紹介するとともに,テルペノイド生合成にかかわる酵素の活性改良研究の現状について概説する.

    DOI CiNii

  • 香料の合成生物学

    古林 真衣子, 梅野 太輔

    香料   ( 269 ) 21 - 29  2016年

    CiNii

  • 【原著】 ジアミン固定型アニオン交換多孔性中空糸膜の透過流束およびタンパク質吸着容量

    工藤 大樹, 新出 挙, 後藤 聖太, 河合 繁子, 野間 繁子, 梅野 太輔, 斎藤 恭一

    膜   40 ( 4 ) 216 - 222  2015年

     概要を見る

    Three kinds of diamines, i.e., ethylene diamine (EDA), diethylene diamine (DEDA), and triethylene diamine (TEDA), were immobilized to the poly(glycidyl methacrylate) chain grafted onto a porous hollow–fiber membrane. The resultant anion–exchange porous hollow fibers were evaluated as ion–exchangers for protein binding in a permeation mode. The DEDA– and TEDA–immobilized porous hollow fibers exhibited higher flux for a buffer (pH 8.0) and lower binding capacity for bovine serum albumin than the EDA–immobilized porous hollow fiber. This will be due to that DEDA and TEDA crosslink between neighboring epoxy groups of the graft chain.

    DOI CiNii

  • ルテニウムを水中から除去するための核酸塩基固定繊維の作製

    佐々木 貴明, 藤原 邦夫, 須郷 高信, 河合(野間) 繁子, 梅野 太輔, 斎藤 恭一

    日本海水学会誌   69 ( 2 ) 98 - 104  2015年

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    水中からのルテニウム除去の速度を高めるために,グリシジルメタクリレートの放射線グラフト重合とそれに続く核酸塩基の付加反応によって,核酸塩基を固定した繊維を作製した.6-ナイロン繊維へのアデニンの固定密度は1.2 mmol/gであった.ルテニウム水溶液中の塩化ナトリウム濃度が増加するにつれて,ルテニウムの除去速度は増加した.除去速度がルテニウム濃度の2次に比例して表されることがわかった.さらに,ルテニウムの初期除去速度の温度依存性から,アデニン固定繊維へのルテニウム吸着での活性化エネルギーは,塩化ナトリウム濃度によらず45 kJ/molと算出された.

    DOI CiNii

  • ペルオキソチタン錯体アニオンと新規アニオン交換グラフト繊維との組み合わせから作製した海水中からのストロンチウム除去用吸着繊維

    河野 通尭, 海野 理, 後藤 駿一, 藤原 邦夫, 須郷 高信, 小島 隆, 河合(野間) 繁子, 梅野 太輔, 斎藤 恭一

    日本海水学会誌   69 ( 2 ) 90 - 97  2015年

     概要を見る

    海水からのストロンチウムの除去のために,放射線グラフト重合とそれに続く化学修飾によって,チタン酸ナトリウム担持繊維を作製した.まず,6-ナイロン繊維にアニオン交換基をもつビニルモノマーであるジメチルアミノプロピルアクリルアミドをグラフト重合し,アニオン交換繊維を作製した.そして,チタンイオン種としてペルオキソチタン錯体アニオンをアニオン交換基に吸着させた後,アルカリ処理することによって,結晶性の高いチタン酸ナトリウムを繊維表面に析出させた.海水中でのストロンチウムに対するチタン酸ナトリウム担持繊維の平衡吸着容量はLangmuir型吸着等温線から1.7 mg/gと算出された.

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  • 吸着繊維を用いた閉鎖域内汚染海水からのセシウムの除去

    染谷 孝明, 浅井 志保, 藤原 邦夫, 須郷 高信, 梅野 太輔, 斎藤 恭一

    日本海水学会誌   69 ( 1 ) 42 - 48  2015年

     概要を見る

    放射線グラフト重合法とそれに続く沈殿反応によって,6-ナイロン繊維の表面に接ぎ木した高分子鎖に,不溶性フェロシアン化コバルト(Co-FC)微粒子を担持した.得られたCo-FC微粒子担持繊維を,60から5.0×10-4 g-Cs/m3-seawaterの濃度範囲で,非放射性あるいは放射性セシウム溶液に浸した.吸着等温線はLangmuir型に整理できた.さらに,回分法でのセシウム吸着速度の実験値を,液中の本体と界面とのセシウム濃度差を駆動力とした吸着速度の理論曲線にフィッティングさせることによって,物質移動容量係数を決定した.これらの数値を使って,閉鎖域に貯留された汚染海水からセシウムを除去するのに必要な吸着繊維の重量と接触時間の関数として除染係数を推算した.

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  • DMAPAAグラフト繊維へのチタン酸ナトリウムの穏和な反応条件下での担持と得られた繊維を使う海水からのストロンチウムの除去

    片桐 瑞基, 河野 通尭, 後藤 駿一, 藤原 邦夫, 須郷 高信, 河合(野間) 繁子, 梅野 太輔, 斎藤 恭一

    日本海水学会誌   69 ( 4 ) 270 - 276  2015年

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    ジメチルアミノプロピルアクリルアミド(DMAPAA)の放射線グラフト重合とそれに続く沈殿生成反応によって,チタン酸ナトリウムを市販の6-ナイロン繊維に担持した.DMAPAAグラフト繊維にペルオキソチタン錯体アニオンを吸着させた後,水酸化ナトリウムとの反応によって,グラフト鎖内でペルオキソチタン錯体アニオンをチタン酸ナトリウムに転化した.チタン酸ナトリウムの担持率は,水酸化ナトリウム溶液(溶媒:メタノール/水混合液中のメタノール体積比率80 %)の濃度を0.001~1 Mの範囲で変えても20 %で一定であった.一方,それらの繊維の海水からのストロンチウム除去率は,水酸化ナトリウム溶液の濃度が0.001 Mから増加するとともに増加し,0.1 Mを超えると80 %で一定になった.チタン酸ナトリウム担持繊維(担持率:11 %)の海水中でのストロンチウム吸着等温線を測定し,チタン酸ナトリウム重量あたりの吸着量(8.8 mg-Sr/g)が市販のストロンチウム吸着粒子(SrTreat&reg;)の吸着量(3.4 mg-Sr/g)より2.6倍高いことを示した.

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  • 水中の過酸化水素を高速分解するためのカタラーゼ固定繊維とパラジウム担持繊維の作製

    川島 青, 斎藤 恭一, 杉山 まい, 藤原 邦夫, 須郷 高信, 菊池 隆, 小出 富士夫, 狩野 久直, 河合(野間) 繁, 梅野 太輔

    RADIOISOTOPES   64 ( 8 ) 501 - 507  2015年

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    6-ナイロン繊維にグラフト重合したポリマー鎖にカタラーゼ及びパラジウムを固定し,超純水中に含まれる過酸化水素(H2O2)を分解した。カタラーゼをポリジメチルアミノエチルメタクリレート鎖のジメチルアミノ基に吸着させた後,トランスグルタミナーゼを用いて架橋した。パラジウム錯イオンをアニオン交換基に結合させた後,ヒドラジンを用いて還元した。カタラーゼ及びパラジウムの固定密度は,それぞれ2.2×10-4及び0.54mmol/gとなった。カタラーゼ固定繊維は,空間速度400h-1まで水中の過酸化水素を定量的に分解した。一方,パラジウム繊維は,空間速度3000h-1でも水中のH2O2分解率は100%であった。

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  • 淡水中のセシウム除去のためのビニルベンジルトリメチルアンモニウムクロリド(VBTAC)をグラフト重合した6-ナイロン繊維への不溶性フェロシアン化コバルトの担持

    天海 亘, 岡村雄介, 藤原邦夫, 須郷高信, 梅野太輔, 斎藤恭一

    環境放射能除染学会誌,   2 ( 2 ) 93 - 99  2014年

  • 【原著】 グラフト鎖へのアニオン交換基の導入部位の制御によるアニオン交換多孔性中空糸膜の再生に要する緩衝液量の削減

    新出 挙, 河合(野間) 繁子, 梅野 太輔, 斎藤 恭一

    膜   39 ( 4 ) 258 - 263  2014年

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    A porous hollow–fiber membrane containing an anion–exchange graft chain is used as an adsorber for the removalof undesirable proteins. The adsorption and elution of the proteins are followed by the regeneration of the mem-brane. The volume of a buffer solution used for the regeneration of the anion–exchange porous hollow–fiber mem-brane was reduced by controlling the anion–exchange group distribution along the graft chain. First, glycidylmethacrylate(GMA)was graft-polymerized onto an electron–beam–irradiated porous hollow–fiber membrane.Second, diethylamino group was introduced into the epoxy group of the graft chain with water as a poor solvent forthe poly GMA chain. In a permeation mode, the membrane was regenerated with 1.0 M sodium hydroxide beforebeing rinsed with a phosphate buffer (pH 7.0). When the anion–exchange group was introduced preferentially intothe polymer brush, the buffer solution usage required to rinse the membrane to pH 7.2 was reduced by 40% com-pared to when the anion–exchange group was introduced uniformly along the graft chain. The binding capacity ofBSA to the polymer brush remained constant irrespective of the anion-exchange group distribution along the graft chain.

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  • 電気透析槽の電気抵抗の低減をめざした放射線グラフト重合法によるイオン交換スペーサーの作製

    平山 雄祥, 藤原 邦夫, 須郷 高信, 河原 武男, 吉江 清敬, 有冨 俊男, 河合(野間) 繁子, 梅野 太輔, 斎藤 恭一

    日本海水学会誌   68 ( 6 ) 336 - 340  2014年

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    従来の脱塩プロセスでは,脱塩の進行につれて,すなわち液中のイオン濃度が減少するにつれて,電気透析槽での電気抵抗が高くなる.本研究では,現行のスペーサーにイオン交換基をもつ高分子鎖を付与してイオンの輸送を促進し電気抵抗を低減させた.放射線グラフト重合法によって,厚み0.8 mm,開口率72 %のポリオレフィン製スペーサーにエポキシ基をもつビニルモノマー(グリシジルメタクリレート)をグラフト重合し,そのエポキシ基の一部をスルホン酸基へ転化した.得られた中性塩分解容量1.4 mmol/gのスルホン酸型イオン交換スペーサーの電気抵抗は,1.0 mmol/L NaCl水溶液中で,現行のスペーサーの41 %分に低減された.

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  • 不溶性フェロシアン化コバルトの担持率を高めるためのセシウム除去用吸着繊維の新規作製経路の提案

    後藤 聖太, 天海 亘, 藤原 邦夫, 須郷 高信, 小島 隆, 河合 (野間) 繁子, 梅野 太輔, 斎藤 恭一

    日本海水学会誌   68 ( 5 ) 298 - 304  2014年

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    放射線グラフト重合法を適用してグリシジルメタクリレートを6-ナイロン繊維に接ぎ木重合後,トリエチレンジアミン(TEDA)との反応によってアニオン交換繊維を作製した.フェロシアン化カリウム溶液に繊維を浸漬してフェロシアン化物イオンを吸着させ,その後,塩化コバルト溶液に浸漬させた.沈殿生成した不溶性フェロシアン化コバルトが,6-ナイロン繊維に接ぎ木したTEDA構造をもつグラフト鎖に担持された.繊維の不溶性フェロシアン化コバルトの担持率は12%であり,この値は既往の繊維の約2倍に相当した.高い担持率は,海水中でのセシウムイオンの吸着容量の増加につながった.

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  • 海水からのストロンチウム除去のための6-ナイロン繊維へのチタン化合物の繰り返し析出担持

    河野 通尭, 海野 理, 藤原 邦夫, 須郷 高信, 小島 隆, 梅野 太輔, 斎藤 恭一

    日本海水学会誌   68 ( 4 ) 258 - 263  2014年

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    チタンイオン種が結合したカチオン交換繊維と水酸化ナトリウム溶液(NaOH)との反応を繰り返すことによって,含水酸化チタン(TiO2・xH2O)を繊維に析出させた.含水酸化チタンの析出量は繰り返し析出回数の増加とともに増えた.メタノールと水の混合溶媒に溶かしたNaOHを使って,繊維に担持された含水酸化チタンを処理してチタン酸ナトリウム(NaxTiyOz)に転化した.10回の繰り返し析出の後,チタン酸ナトリウムのカチオン交換繊維に対する重量比で算出される担持率は110 %であった.10回繰り返し析出して得た繊維のストロンチウム吸着量は0.86 mg-Sr/gまでに増加し,この値は市販のストロンチウム吸着材のそれとほぼ同等であった.Mgに対するSrの選択性は繊維への含水酸化チタンの繰り返し析出によって増加した.一方,Caに対するSrの選択性は繰り返し析出回数に依らず一定であった.

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  • ナイロン繊維に付与したカチオン交換グラフト鎖への含水酸化チタンの析出担持

    中谷 友紀, 海野 理, 杉山 まい, 藤原 邦夫, 須郷 高信, 小島 隆, 梅野 太輔, 斎藤 恭一

    日本海水学会誌   68 ( 3 ) 196 - 201  2014年

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    チタンイオン種の吸着したカチオン交換繊維を0.1から1.0 Mまでの濃度の水酸化ナトリウム水溶液に浸漬することによってナイロン繊維に含水酸化チタンを析出担持した.まず,チタンイオン種であるTi (OH)22+をナイロン繊維に,放射線グラフト重合法によって,グラフト重合したスチレンスルホン酸ナトリウム高分子鎖のスルホン酸基に吸着させた.チタンの吸着量は1.3 mmol/gであり,繊維断面全体に均一に吸着した.水酸化ナトリウムのナトリウムイオンによって溶出されたTi (OH)22+と水酸化物イオンとの沈殿生成によって,含水酸化チタンが繊維の周縁部に形成した.このとき,チタンは,水酸化ナトリウム溶液にほとんど漏出することなく,沈殿に転化された.得られた含水酸化チタン担持繊維中に析出担持された含水酸化チタンの含有率で定義される担持率は14 %であった.

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  • 海水からの放射性ストロンチウム除去のためのイオン交換繊維へのチタン酸ナトリウム担持経路の選定

    海野 理, 河野 通尭, 藤原 邦夫, 須郷 高信, 河合(野間) 繁子, 梅野 太輔, 斎藤 恭一

    日本海水学会誌   68 ( 2 ) 89 - 93  2014年

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    福島第一原発港湾内の海水に含まれる放射性ストロンチウムを除去するため,2種類のチタン酸ナトリウム(ST)担持繊維を作製した.一つは6-ナイロン繊維にスチレンスルホン酸ナトリウムをグラフト重合して得られたカチオン交換繊維にSTを担持した繊維(SSS-ST繊維)である.もう一つは6-ナイロン繊維にジメチルアミノエチルメタクリレートをグラフト重合して得られたアニオン交換繊維にSTを担持した繊維(DMAEMA-ST繊維)である.海水からのストロンチウム除去を回分法によって評価し,市販のチタン酸ナトリウム粒子(SrTreat)に比べて,作製した2種類のST担持繊維は吸着速度が大きいことを示した.ST担持繊維に対する海水の重量比が100のとき,SSS-ST繊維およびDMAEMA-ST繊維の海水中でのストロンチウム除去率は,それぞれ86および83 %であった.担持の経路でのアルカリ条件下での耐性を考慮すると,SSS-ST繊維の方が大量製造に適していることを示した.

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  • 不溶性フェロシアン化コバルトおよびニッケル担持繊維の海水中でのセシウムイオンに対する吸着等温線

    天海 亘, 杉山 まい, 藤原 邦夫, 須郷 高信, 梅野 太輔, 斎藤 恭一

    日本海水学会誌   68 ( 1 ) 18 - 24  2014年

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    市販の6-ナイロン繊維にアニオン交換基をもつグラフト高分子鎖を付与した後,不溶性フェロシアン化コバルトおよびニッケルを担持した.まず,フェロシアン化物イオン(Fe(CN)64-)をアニオン交換繊維に吸着させた.つぎに,コバルトまたはニッケルイオンと沈殿生成反応させ,不溶性フェロシアン化コバルトまたはニッケルを繊維上に担持した.比較のため,市販の多孔性アニオン交換樹脂ビーズを担体として不溶性フェロシアン化コバルトおよびニッケルを担持した.繊維のフェロシアン化金属の含有率は,ビーズのおよそ半分であった.不溶性フェロシアン化コバルトおよびニッケルを担持した繊維およびビーズの吸着等温線は,いずれもLangmuir型に整理できた.吸着等温線を,不溶性フェロシアン化金属重量あたりのセシウム吸着量として整理すると,繊維とビーズとで吸着等温線が一致した.

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  • 2P-219 大腸菌のパスウェイエンジニアリングによる安価な基質からのパクリタキセル前駆体タキサジエンの効率的生産(生合成,天然物化学,一般講演)

    竹村 秀史, 鈴木 宗典, 梅野 太輔, 原田 尚志, 三沢 典彦, 石井 純, 近藤 昭彦, 播本 孝史

    日本生物工学会大会講演要旨集   66   161 - 161  2014年

    CiNii

  • 代謝経路と制御ネットワークの組織的な進化工学技術

    梅野 太輔, 冨永 将大, 古林 真衣子, 池 絋平

    生物工学会誌 : seibutsu-kogaku kaishi   91 ( 6 ) 333 - 336  2013年06月

    CiNii

  • カチオン交換ポリマーブラシ搭載粒子および市販カチオン交換ビーズの充填カラムを使った溶出クロマトグラフィーでのタンパク質の分離度の比較

    染谷 孝明, 岡村 雄介, 和田 剛, 霜田 祐一, 梅野 太輔, 斎藤 恭一, 篠原 直志, 久保田 昇

    日本イオン交換学会誌   24 ( 1 ) 14 - 20  2013年

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    放射線グラフト重合法によって,基材として平均粒径 60 &mu;m のポリエチレン粒子を用いてカチオン交換ポリマーブラシ搭載粒子(カチオン交換粒子)を作製した。モデルタンパク質として chymotrypsinogen A, cytochrome C,および lysozyme を,カチオン交換ポリマーブラシ搭載粒子充填カラム(断面積 0.20 cm2,充填高さ 1.5 cm)に負荷し,リン酸緩衝液および 1.0 M NaCl 溶液を用いて勾配溶出をおこなった。同一のカラム圧力損失となるように充填したカチオン交換粒子および市販のカチオン交換ビーズ(SOURCE 30S, GE Healthcare(株)製)の充填カラムを使って分離性能を比較した。カチオン交換粒子充填カラムは SOURCE 30S 充填カラムに比べて,高い線速度および高いタンパク質総負荷量でも,chymotripsinogen A/cytochrome C および cytochrome C/lysozyme の組み合わせで分離度が高かった。<br>

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  • 海水中からストロンチウムを除去するための吸着繊維の作製

    原山 貴登, 海野 理, 内山 翔一朗, 杉山 まい, 藤原 邦夫, 須郷 高信, 浅井 志保, 小島 隆, 梅野 太輔, 斎藤 恭一

    日本海水学会誌 = Bulletin of the Society of Sea Water Science, Japan   66 ( 5 ) 295 - 300  2012年10月

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    放射線グラフト重合とそれに続く化学修飾によって,海水からストロンチウムを除去するための2種類の吸着繊維,すなわち,イミノ二酢酸基型キレート繊維およびチタン酸ナトリウム担持繊維を作製した.回分法によって海水からのストロンチウム除去を評価し,これらの吸着繊維が従来のキレート樹脂ビーズやチタン酸ナトリウム粒子に比べて,吸着速度が大きいことを示した.海水中でのストロンチウム,カルシウム,およびマグネシウムの濃縮係数を算出したところ,チタン酸ナトリウム担持繊維が,キレート繊維に比べて,海水中でカルシウムやマグネシウムよりもストロンチウムに高い選択性をもつことがわかった.海水に対するチタン酸ナトリウム担持繊維の重量比が100のとき,海水中でのストロンチウム,カルシウム,およびマグネシウムの濃縮係数は,それぞれ600, 190, and 18 mL/gであった.

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  • 4Ap10 Evolutionary pathway engineering: toward the fast-track construction of long-step, but high-fidelity pathway for non-natural compounds :

    UMENO Daisuke, FURUBAYASHI Maiko, SAITO Kyoichi

    日本生物工学会大会講演要旨集   64   79 - 79  2012年

    CiNii

  • 【原著】 デュアルリガンド固定多孔性中空糸膜を用いたタンパク質のデュアルアフィニティ吸着の提案

    田村 慧, 松野 伸哉, 片山 栄作, 梅野 太輔, 斎藤 恭一

    膜   37 ( 2 ) 95 - 101  2012年

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    We proposed a method for purifying proteins based on an interaction between dually-immobilized affinity ligands and dually-tagged proteins. Streptavidin (SA) and nickel (Ni) ions as two kinds of ligands were immobilized to the polymer brush grafted onto a porous hollow-fiber membrane. Whereas, green fluorescent protein (GFP) containing both streptavidin binding peptide (SBP) and poly histidine tag (His-tag) as two kinds of tags was genetically produced. The resultant dually-tagged protein solution was permeated through the pores of the dual-affinity-ligands- immobilized porous hollow-fiber membrane. The dual-affinity ligands and dually-tagged proteins were found to fit on the polymer chain grafted onto the pore surface at a binding efficiency 2%.

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  • ナイロン繊維にグラフト重合したポリグリシジルメタクリレートへのN-メチルグルカミン固定反応に適する溶媒の選択

    池田 浩輔, 梅野 太輔, 斎藤 恭一, 菊池 隆, 安藤 清人, 須郷 高信

    日本イオン交換学会誌   22 ( 3 ) 81 - 86  2011年

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    &nbsp;&nbsp;水溶液中のホウ素を除去するために,N-メチルグルカミン(NMG)を直径 25 &mu;m のナイロン繊維にグラフト重合したポリグリシジルメタクリレート(ポリ GMA)鎖に固定した。1,4-ジオキサン,イソプロパノール,N,N-ジメチルアセトアミド,テトラヒドロフラン,およびジメチルスルホキシドの 5 種類の溶媒と水との混合溶媒を,NMG の固定のための反応溶媒として使用した。ジオキサンおよびイソプロパノールと水との体積分率を 8:2 とした混合溶媒を使って調製した 0.2 M NMG 溶液を使用したとき,ポリ GMA 鎖中のエポキシ基からキレート形成基へのモル固定化率はそれぞれ 74 および 68% となった。NMG 基密度 1.9 mmol/g のナイロン基材キレート繊維のホウ素溶液初期濃度 150 mg-B/L に対する平衡吸着容量は 12 mg-B/g となり,これはホウ素と固定化 NMG との結合モル比 0.66 に相当した。<br>

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  • 架橋型キレート多孔性シートの動的吸着容量の空間速度依存性

    和田 剛, 石原 量, 三好 和義, 梅野 太輔, 斎藤 恭一, 浅井 志保, 山田 伸介, 廣田 英幸

    日本イオン交換学会誌   22 ( 2 ) 47 - 52  2011年

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    &nbsp;&nbsp;多孔性シートにグラフトした架橋高分子鎖にイミノ二酢酸(IDA)基を導入した。エポキシ基をもつモノマーとしてグリシジルメタクリレートおよび架橋剤としてエチレングリコールジメタクリレートを多孔性シートに共グラフト重合し,引き続きイミノ二酢酸二ナトリウムによってエポキシ基を開環した。エチレングリコールジメタクリレートの仕込みモル分率を 1.0~6.0% の範囲で変えた。500 mg/L 塩化銅イオン溶液を,得られたキレート多孔性シートに滞留時間 10 秒で透過した。IDA 基密度 1.7 mmol/g である架橋型キレート多孔性シートの銅イオンの動的吸着容量は,非架橋型キレート多孔性シートのそれの 1.7 倍となった。この動的吸着容量の向上は,グラフト鎖の架橋によって,吸着した銅イオンが吸着量勾配にしたがってシート厚方向に拡散移動する現象を抑制するためである。架橋型キレート多孔性シートの動的吸着容量は,空間速度の増加とともに減少した。これは,細孔内での銅イオンの細孔半径方向の拡散移動時間が,多孔性シート内での銅イオン溶液の滞留時間と比較して無視できないことを示している。<br>

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  • 電子線グラフト重合法を適用した1価イオン選択透過性をもつ製塩用陽イオン交換膜の作製

    石森 啓太, 宮澤 忠士, 浅利 勇紀, 三好 和義, 梅野 太輔, 斎藤 恭一, 水口 和夫, 有冨 俊男, 吉江 清敬

    日本海水学会誌   65 ( 1 ) 35 - 41  2011年

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    膜厚35 &mu;mの高密度ポリエチレン(high-density polyethylene:HDPE)製フィルムに,エポキシ基をもつモノマーであるグリシジルメタクリレート(GMA)およびジビニルベンゼン(DVB)を共グラフト重合した.まず,塩酸トリメチルアミンと膜表面付近のグラフト高分子鎖中のエポキシ基とを反応させた.さらに,3-メルカプト-1-プロパンスルホン酸ナトリウム(MPS)と残存するグラフト高分子鎖中のエポキシ基とを反応させた.電気透析装置を使って,0.5 mol/L NaClおよび0.05 mol/L MgCl2混合溶液を濃縮し,1価イオン選択透過性を評価した.陽イオン交換膜の片方の表面にトリメチルアンモニウム基を導入したことによって,選択透過係数は2.1から最大で0.56まで減少した.

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  • 1Kp19 非天然カロテノイド合成経路の選択性と多様性の進化工学(代謝工学,一般講演)

    古林 真衣子, 生悦住 茉友, 高市 真一, 斎藤 恭一, 梅野 太輔

    日本生物工学会大会講演要旨集   63   71 - 71  2011年

    CiNii

  • 1Kp20 基質消費スクリーニングを用いたテルペン酵素の細胞活性進化(代謝工学,一般講演)

    梶原 順, 生悦住 茉友, 古林 真衣子, 岩嵜 美希, 斎藤 恭一, 梅野 太輔

    日本生物工学会大会講演要旨集   63   71 - 71  2011年

    CiNii

  • 2Ia13 遺伝子スイッチの高速選択法を用いたタイミング回路の進化工学(生物化学工学,一般講演)

    福冨 浩樹, 池 紘平, 田代 洋平, 斎藤 恭一, 梅野 太輔

    日本生物工学会大会講演要旨集   63   176 - 176  2011年

    CiNii

  • 2Ia14 クオラムセンサLuxRの進化工学とその高感度化メカニズム(生物化学工学,一般講演)

    冨永 将大, 田代 洋平, 斎藤 恭一, 梅野 太輔

    日本生物工学会大会講演要旨集   63   176 - 176  2011年

    CiNii

  • 電子線グラフト重合法による製塩用新規イオン交換膜の開発 (第4報) ナイロン6製フィルムを基材とした陽イオン交換膜の高分子構造

    宮澤 忠士, 浅利 勇紀, 三好 和義, 梅野 太輔, 斎藤 恭一, 永谷 剛, 吉川 直人, 元川 竜平, 小泉 智

    日本海水学会誌   64 ( 6 ) 360 - 365  2010年12月

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    ナイロン6製の厚み25μmのフィルムにスチレンスルホン酸ナトリウム(SSS)を電子線グラフト重合することによって,陽イオン交換膜(SSS膜)を作製した.得られたSSS膜中の基材フィルム由来の微結晶のサイズおよび微結晶間の距離を,それぞれX線回折法および中性子小角散乱法によって測定した.グラフト率の増加に伴って,微結晶のサイズは減少し,一方,微結晶間の距離は増加した.これは,ナイロン6のラメラ周縁部に接ぎ木されたポリSSS鎖が微結晶を一部,崩して,ラメラ間の非晶部に侵入するためである.0.5 M NaClを電気透析で,現行の陽イオン交換膜と同等の近い性能を示したグラフト率150%のSSS膜の微結晶のサイズおよび微結晶の間隔は,それぞれ7.6および13 nmであった.

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  • 代謝経路とその遺伝子制御回路の進化工学 (酵素工学研究会第64回講演会)

    梅野 太輔

    酵素工学研究会講演会講演要旨集   64   14 - 20  2010年11月

    CiNii

  • ブロモブチルスチレンのポリエチレンフィルムへの電子線グラフト重合による耐熱性および耐アルカリ性陰イオン交換膜の作製

    宮崎 公平, 正司 信義, 浅利 勇紀, 三好 知義, 梅野 太輔, 斎藤 恭一

    膜   35 ( 6 ) 305 - 310  2010年11月

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    Bromo-butyl styrene (BBS) was graft-polymerized onto a high-density polyethylene film with a thickness of 35 &mu;m, previously irradiated with an electron beam. The BBS-grafted film was converted into a strongly basic anionexchange membrane (BBS-TMA membrane) by reacting with trimethylamine hydrochloride. The thickness and resistance of the BBS-TMA membrane with a BBS grafting degree of 140% and a TMA group density of 2.2 mol/kg were 50 &mu;m and 0.57 &Omega;cm2, respectively, in 0.50 M sodium chloride at 298 K. After 42-day immersion of this membrane in 5.0 M NaOH at 353 K, the transport number of the BBS-TMA membrane decreased by 1.6% to 0.925 from its initial value of 0.94.

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  • ガリウムイオン固定多孔性中空糸膜へのリン酸化チロシンの吸着

    門馬 友紀, 梅野 太輔, 斎藤 恭一, 須郷 高信

    膜   35 ( 5 ) 242 - 247  2010年09月

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    Gallium (Ga) ions as an affinity ligand were immobilized to the polymer chain grafted onto a porous hollow-fiber membrane to specifically capture phospho-compounds. An epoxy-group-containing vinyl monomer, glycidyl methacrylate, was graft-polymerized to an electron-beam-irradiated porous hollow-fiber membrane. The partial conversion of the epoxy group into an iminodiacetate group was effective in increasing the molar conversion in the subsequent introduction of a nitrilotriacetate group capable of forming a complex with Ga ions. The amount of Ga ions immobilized was 0.55 mmol per gram of the membrane. The overall rate of adsorption of phosphotyrosine to the Ga-ion-immobilized porous hollow-fiber membrane increased with an increase in the rate of permeation of phosphotyrosine solution through the pores because of the negligible diffusional mass-transfer resistance of phosphotyrosine to the affinity ligand.

    DOI CiNii

  • バイオサイエンス 材料科学のための合成生物学

    古林 真衣子, 田代 洋平, 梅野 太輔

    未来材料   10 ( 8 ) 2 - 7  2010年08月

    CiNii

  • 電子線グラフト重合法を適用した1価イオン選択透過性をもつ製塩用カチオン交換膜の作製

    石森 啓太, 三好 和義, 浅利 勇紀, 梅野 太輔, 斎藤 恭一, 有冨 俊男, 吉江 清敬

    日本海水学会誌   64 ( 3 ) 141 - 141  2010年05月

    CiNii

  • 細孔表面に固定したカルボキシベタイン基による多孔性膜へのタンパク質の吸着の抑制

    松野 伸哉, 岩撫 暁生, 梅野 太輔, 斎藤 恭一, 伊藤 一, 坂本 雅司

    膜   35 ( 2 ) 86 - 92  2010年03月

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    N, N–dimethyl–γ–aminobutyric acid (DMGABA) as a carboxybetaine was introduced into the polymer chain grafted onto the pore surface of a polyethylene-made porous hollow-fiber membrane. The DMGABA–immobilized porous hollow-fiber membrane (DMGABA fiber) was prepared by the radiation–induced graft polymerization of glycidyl methacrylate (GMA) and the subsequent addition of DMGABA to the epoxy group of the grafted poly–GMA chain. The dose of the electron beam, the degree of GMA grafting (dg), and the molar conversion of the epoxy group into the DMGABA group were optimized to minimize the amount of protein adsorbed. As a result, a dose of 200 kGy, a dg of 140%, and a molar conversion above 3% were selected from the viewpoints of the protein binding capacity of the DMGABA fiber. The binding capacity of the DMGABA fiber for lysozyme in carbonate buffer (pH 9.0) was reduced to less than 10% that of the original polyethylene membrane. The lysozyme binding capacity of the DMGABA fiber in Britton–Robinson universal buffer (pH 7.0) was 17 ng per cm2 of the pore surface.

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  • 人工ゲノムが細胞内で起動した!

    梅野太輔

    現代化学   473   11 - 11  2010年

  • 細胞死経路の代謝工学と遺伝子回路の進化工学

    梅野太輔

    生命化学研究レター,   33   18 - 23  2010年

  • 放射線グラフト重合法を用いたタンパク質高速回収用カチオン交換粒子の作製

      21 ( 1 ) 29 - 34  2010年

    DOI

  • アフィニティー吸着膜を用いた尿中タンパク質の除去

    松野 伸哉, 梅野 太輔, 斎藤 恭一, 須郷 高信, 山下 哲郎, 伊藤 綾子, 鈴田 靖幸

    化学工学会 研究発表講演要旨集   2010 ( 0 ) 17 - 17  2010年

    DOI CiNii

  • 酸回収のための電気透析用陽イオン交換膜の開発

    浅利 勇紀, 正司 信義, 三好 和義, 梅野 太輔, 斎藤 恭一

    化学工学会 研究発表講演要旨集   2010 ( 0 ) 329 - 329  2010年

    DOI CiNii

  • キレート繊維を用いる有害元素の高容量・高速除去

    池田 浩輔, 梅野 太輔, 斎藤 恭一, 須郷 高信, 宮田 栄二, 小出 富士夫

    化学工学会 研究発表講演要旨集   2010 ( 0 ) 328 - 328  2010年

    DOI CiNii

  • ポリマーブラシ搭載型粒子を用いた高速・高負荷でのタンパク質分離

    岡村 雄介, 和田 剛, 梅野 太輔, 斎藤 恭一, 篠原 直志, 久保田 昇

    化学工学会 研究発表講演要旨集   2010 ( 0 ) 799 - 799  2010年

    DOI CiNii

  • 架橋型キレート多孔性シートの金属イオン実用吸着容量

    和田 剛, 石原 量, 三好 和義, 梅野 太輔, 斎藤 恭一, 浅井 志保, 山田 伸介, 廣田 英幸

    化学工学会 研究発表講演要旨集   2010 ( 0 ) 798 - 798  2010年

    DOI CiNii

  • 3P-1140 基質消費スクリーニングを用いたプレニル転移酵素のサイズ特異性進化(3b代謝工学,一般講演,代謝生理学・発酵生産,伝統の技と先端科学技術の融合)

    生悦住 茉友, 古林 真衣子, 方波見 彰仁, 斎藤 恭一, 梅野 太輔

    日本生物工学会大会講演要旨集   22   92 - 92  2010年

    CiNii

  • 電子線グラフト重合法による製塩用新規イオン交換膜の開発 : (第3報)高密度ポリエチレン製フィルムへのグリシジルメタクリレートおよびジビニルベンゼンの共グラフト重合

    浅利 勇紀, 宮澤 忠士, 三好 和義, 梅野 太輔, 斎藤 恭一, 永谷 剛, 吉川 直人

    日本海水学会誌   63 ( 6 ) 387 - 394  2009年12月

     概要を見る

    膜厚35&mu;mの高密度ポリエチレン(high-density polyethylene:HDPE)製フィルムに,エポキシ基をもつモノマーであるグリシジルメタクリレート(glycidyl methacrylate:GMA)およびジビニルベンゼン(divinylbenzene:DVB)を共グラフト重合した.このとき,モノマーの溶媒としてトルエンを用いた.その後,陰イオンおよび陽イオン交換基として,それぞれトリメチルアンモニウム塩酸塩(trimethylammonium chloride)および亜硫酸ナトリウム(sodium sulfite)をグラフト高分子鎖中のエポキシ基と反応させた.イオン交換容量の増加に伴い,陰イオンおよび陽イオン交換膜の膜抵抗は,それぞれ0.55および 0.34&Omega;cm2まで減少した.電気透析装置を使って 0.50mol/L NaClを濃縮した.陰イオンおよび陽イオン交換膜ともに膜作製時にDVBのモル分率を1.0mol%としたときに,かん水の塩分濃度が最高値3.7mol/Lを示した.

    DOI CiNii

  • 多孔性中空糸膜の孔表面へのサイズ排除型グラフト鎖の付与

    芝原 隆二, 萩原 京平, 梅野 太輔, 斎藤 恭一, 須郷 高信

    膜   34 ( 4 ) 220 - 226  2009年07月

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    A novel preparation scheme for size-exclusion polymer chain, capable of adsorbing low–molecular–mass targetswhile retarding proteins, was suggested. An epoxy–group–containing vinyl monomer, glycidyl methacrylate, waspolymerized onto a polyethylene–made porous hollow–fiber membrane by radiation–induced graft polymerization.Water was added to the epoxy group of the graft chain, followed by the reaction of the remaining epoxy group withtrimethylamine. Phosphate ionic species were adsorbed to the resultant anion–exchange porous hollow–fiber mem-brane, whereas bovine serum albumin (BSA)was not bound to the membrane. This remarkable difference in thebinding characteristics was explained by a distribution of the functional groups along the graft chain: a shrunken con-formation in the upper part of the graft chain exclusively containing the diol group retards BSA and accepts phos-phate ionic species. In contrast, a swollen conformation in the lower part along the graft chain exclusively containingthe trimethylammonium group captures the phosphate ionic species invading the upper part. The successive addi-tion of the reactantsin the introduction of the modification of the epoxy group of the graft chain provided a size exclu-sion structure for the graft chain.

    DOI CiNii

  • ニッケルイオン固定多孔性中空糸膜を用いた His-tag タンパク質のアフィニティ精製

    金 慶子, 萩原 京平, 梅野 太輔, 斎藤 恭一, 須郷 高信

    膜   34 ( 4 ) 233 - 238  2009年07月

     概要を見る

    An immobilized metal affinity porous membrane of a hollow-fiber form was applied to the purification of geneticallyengineered histidine (His)–tagged fusion protein. An iminodiacetate (IDA)group (–N(CH2COOH)2)was introducedinto the poly–glycidyl methacrylate chain grafted onto a polyethylene-made porous hollow–fiber membrane.Subsequently, nickel ions were bound to the IDA group before the permeation of a His–tagged green fluorescent pro-tein (GFP)solution through the porous membrane. The resultant immobilized nickel affinity porous membrane(immobilized Ni membrane)had a ligand density of 0.36 mol/kg and a phosphate buffer flux of 0.4 m/h at a perme-ation pressure of 0.1 MPa and 298 K. His–tagged GFP adsorbed to the immobilized Ni membrane was eluted by per-meating a 0.5 M imidazole solution through the porous membrane. From an SDS–PAGE analysis, the purity of theprotein was found to be improved from 35 to 97%.

    DOI CiNii

  • 電子線グラフト重合法による製塩用新規イオン交換膜の開発<br>(第1報)フィルム基材の材質の選択

    三好 和義, 宮澤 忠士, 佐藤 直大, 梅野 太輔, 斎藤 恭一, 永谷 剛, 吉川 直人

    日本海水学会誌   63 ( 3 ) 167 - 174  2009年

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    電子線グラフト重合法を適用してエポキシ基を有するモノマーをグラフト重合した後,エポキシ基の一部をスルホン酸基およびトリメチルアンモニウム基に変換して,それぞれ陽イオンおよび陰イオン交換膜を作製した.基材フィルムの材質として,低密度(LD),高密度(HD),および超高分子量(UHMW)のポリエチレン(PE),ポリアクリロニトリル(PAN),ナイロン6(NY),芳香族系高分子(PETおよびPEN),およびフッ素系高分子(ETFEおよびPFA)を用いた.グラフト重合の重合速度および重合後の物理的強度の点から,HDPEおよびナイロン6製フィルムが基材フィルムとして好ましかった.HDPEおよびNYを基材としたイオン交換膜の,電気透析によって得られるかん水濃度は,市販のイオン交換膜のそれの半分程度であった.小角X線散乱(SAXS)の解析から,HDPEの結晶部間隔が,GMAのグラフト重合および後続のスルホン酸基およびトリメチルアンモニウム基の導入に伴って,25から45および35nmに拡がることが示された.

    DOI CiNii

  • 電子線グラフト重合法による製塩用新規イオン交換膜の開発<br>(第2報)ナイロンフィルムへのビニルベンジルトリメチルアンモニウムクロライドおよびスチレンスルホン酸ナトリウムのグラフト重合

    宮澤 忠士, 浅利 勇紀, 三好 和義, 梅野 太輔, 斎藤 恭一, 永谷 剛, 吉川 直人

    日本海水学会誌   63 ( 3 ) 175 - 182  2009年

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    陰イオンおよび陽イオン交換膜を,ナイロン6製のフィルムにそれぞれビニルベンジルトリメチルアンモニウムクロライド(VBTAC:vinyl benzyltrimethylammonium chloride)およびスチレンスルホン酸ナトリウム(SSS:sodium styrenesulfonate)をグラフト重合し,作製した.VBTACのメタノール溶液中で48時間およびSSSの水溶液中で8時間,グラフト重合して得た膜の0.50mol/L NaCl水溶液中での膜抵抗は,それぞれ3.2および2.2&Omega;cm2であった.これは,それぞれ現行の製塩に使用されているAGCエンジニアリング(株)製の陰イオン交換膜(ASA)および陽イオン交換膜(CSO)の膜抵抗の20%高い値および8%低い値であった.電気透析を行い0.50mol/L NaCl水溶液を電流密度30mA/cm2(25℃)で濃縮した.VBTAC膜およびASAを対としたときのかん水中の塩化物イオン濃度3.8mol/Lは,ASAおよびCSOを対としたときの95%の値であった.また,ASAおよびSSS膜を対としたときのかん水中の塩化物イオン濃度はASAおよびCSOを対としたときの105%の値であった.

    DOI CiNii

  • バクテリアゲノムの全合成に成功

    梅野太輔

    現代化学   446   15 - 15  2008年

  • イオン交換ポリマーブラシ搭載ビーズを用いたタンパク質分離

    霜田 祐一, 関谷 裕太, 梅野 太輔, 斎藤 恭一, 篠原 直志, 白瀧 浩伸, 古本 五郎, 久保田 昇

    化学工学会 研究発表講演要旨集   2008 ( 0 ) 922 - 922  2008年

    DOI CiNii

  • アフィニティリガンド固定多孔性材料を用いたタンパク質の精製

    金 慶子, 萩原 京平, 梅野 太輔, 斎藤 喬一, 片山 栄作, 村山 尚, 小林 琢也, 須郷 高信

    化学工学会 研究発表講演要旨集   2008 ( 0 ) 921 - 921  2008年

    DOI CiNii

  • 生体試料分析に応用できるアクセス制限型高分子分離材料の開発

    芝原 隆二, 萩原 京平, 梅野 太輔, 斎藤 恭一, 浅井 志保, 篠原 伸夫, 白石 久仁雄, 高見 美智己, 須郷 高信

    化学工学会 研究発表講演要旨集   2008 ( 0 ) 920 - 920  2008年

    DOI CiNii

  • 固定化金属アフィニティ多孔性シートを用いるタンパク質の精製

    山城 康平, 福永 浩之, 永井 正則, 三好 和義, 石原 量, 安野 佳代, 梅野 太輔, 斎藤 恭一, 須郷 高信, 山田 伸介, 杉浦 雅人

    日本イオン交換学会誌   19 ( 2 ) 101 - 106  2008年

     概要を見る

    ポリエチレン製多孔性シート (平均孔径1.3μm, 空孔率75%, シートの厚さ2mm) に, 放射線グラフト重合法を適用して, エポキシ基をもつグラフト鎖を付与し, その後, グラフト鎖にキレート形成基であるイミノジ酢酸基を導入した。得られたキレート多孔性シートを直径13mmのディスク状に裁断し, 6cm3の空カートリッジに充填してキレートカートリッジを作製した。このカートリッジに硫酸ニッケル水溶液を透過させ, キレート多孔性ディスクにニッケルイオンを吸着させて, ニッケルイオン固定カートリッジを作製した。ニッケルイオン固定カートリッジを用いて, 大腸菌破砕液中のHis-tag融合タンパク質を精製できることを実証した。

    DOI CiNii

  • 細胞ロボットをつくる

    梅野 太輔

    高分子   56 ( 10 ) 840 - 840  2007年10月

    DOI CiNii

  • 細胞ロボットの製作に挑む--合成生物学のフロントライン

    梅野 太輔

    現代化学   ( 433 ) 56 - 63  2007年04月

    CiNii

  • Preparation of Extractant-impregnated Porous Sheets for High-speed Separation of Radionuclides

    Ryo Ishihara, Daisuke Umeno, Kyoichi Saito, Shiho Asai, Satoshi Sakurai, Nobuo Shinohara, Takanobu Sugo

    Journal of Ion Exchange   18 ( 4 ) 480 - 485  2007年

    DOI

  • Protein Binding Characteristics of Amphoteric Polymer Brushes Grafted onto Porous Hollow-Fiber Membrane

    Akio Iwanade, Tatsuya Nomoto, Daisuke Umeno, Kyoichi Saito, Takanobu Sugo

    Journal of Ion Exchange   18 ( 4 ) 492 - 497  2007年

    DOI

  • 1A11-3 カロテノイドとテルペノイドの代謝進化工学(代謝工学・メタボローム,一般講演)

    中谷 洋介, 金澤 弘貴, 方波見 彰仁, 斎藤 恭一, 梅野 太輔

    日本生物工学会大会講演要旨集   19   41 - 41  2007年

    CiNii

  • 2C11-4 ミューテータを用いたタンパク質の連続進化系(酵素学・酵素工学・タンパク質工学,一般講演)

    安野 佳代, 鈴木 恵一, 斎藤 恭一, 梅野 太輔

    日本生物工学会大会講演要旨集   19   83 - 83  2007年

    CiNii

  • 核酸塩基を固定したキレート多孔性膜の性能評価

    吉川 聖, 梅野 太輔, 斎藤 恭一, 須郷 高信

    化学工学会 研究発表講演要旨集   2006 ( 0 ) 289 - 289  2006年

    DOI CiNii

  • タンパク質回収用機能性ビーズの開発

    関谷 裕太, 梅野 太輔, 斎藤 恭一, 久保田 昇, 古本 五郎, 須郷 高信

    化学工学会 研究発表講演要旨集   2006 ( 0 ) 291 - 291  2006年

    DOI CiNii

  • 私のCaltech体験

    梅野太輔

    生命化学研究レター   18   28 - 32  2005年

  • 米国漂流記

    梅野 太輔

    高分子   53 ( 7 ) 507 - 507  2004年07月

    DOI CiNii

  • 遺伝子DNAをアフィニティーリガンドとする分離・計測法の進歩

    梅野 太輔, 前田 瑞夫

    分析化学 = Japan analyst   48 ( 10 ) 871 - 890  1999年10月

     概要を見る

    一本鎖及び二本鎖DNAをアフィニティーリガンドとして利用した分析手法について総説した.この目的にはDNAの固定化が重要であるという観点にたち,DNA固定化手法,及びDNAを固定化する担体について詳しく紹介した.また,これらDNA固定化材料を用いた分離,分析手法の最近の進歩について解説した.

    DOI CiNii

  • Temperature-directed compaction of single DNA molecule grafted with poly(N-isopropylacrylamide).

    Umeno, D, Maeda, M, Kidoaki, S, Yoshikawa, K

    Nucleic Acids Res., Symp. Ser.   44   175 - 176  1998年

  • 機能性DNAの合成と応用 DNAハイブリッドの化学を中心に

    梅野 太輔, 前田 瑞夫

    高分子   46 ( 5 ) 314 - 318  1997年05月

    DOI CiNii

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共同研究・競争的資金等の研究課題

  • ランダム変異蓄積によるスイッチ機能の創発と高度化

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 基盤研究(B)

    研究期間:

    2018年04月
    -
    2021年03月
     

    梅野 太輔, 河合 繁子

  • 二次代謝経路の一次代謝化技術による稀少機能分子の高効率生産系の構築

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 新学術領域研究(研究領域提案型)

    研究期間:

    2016年06月
    -
    2021年03月
     

    梅野 太輔

  • インフラマソームのin vivoイメージングによる炎症性疾患の診断・治療システム

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 挑戦的研究(萌芽)

    研究期間:

    2018年06月
    -
    2020年03月
     

    村田 正治, 梅野 太輔, 赤星 朋比古, 橋爪 誠, 河野 喬仁

     概要を見る

    炎症反応は生体防御において極めて重要な反応であるが、過剰な炎症性応答は組織障害を惹起する。この炎症において重要な役割を担うのがインフラマソーム(inflammasome)と呼ばれるタンパク複合体である。このインフラマソームは刺激を認識する受容体(Nod-like receptor やAIM2等)、ASC というアダプター分子、そしてカスパーゼ1 から構成されており、炎症応答の促進に直接関わっている。近年は感染症だけでなく生活習慣病を含めた様々な疾患との関係が次々と明らかになっている。その中にはアルツハイマー病や非アルコール性脂肪肝炎(NASH)、あるいは心筋梗塞など早期診断が極めて難しい疾患も含まれている。炎症はこれらの疾患の極初期から起こっており、インフラマソームの形成を特異的に捉えることができれば、これらの疾患を極初期の段階で診断することが可能となる。
    本研究ではこのインフラマソームに着目した新しい診断・治療システムを開発する。インフラマソームの刺激認識部位には様々な組合せがあるものの、カスパーゼ1活性ドメインだけはすべてに共通している。そこで我々はこのカスパーゼ1に特異的に反応し、その活性に応じてシグナルを変化させることができる機能化造影剤を設計・作製している。

  • 既知イソペンテニル二リン酸異性化酵素ホモログが関与しない生合成経路の解明と利用

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 挑戦的萌芽研究

    研究期間:

    2016年04月
    -
    2019年03月
     

    佐藤 努, 葛山 智久, 梅野 太輔

     概要を見る

    ファルネシル二リン酸合成酵素がイソペンテニル二リン酸のみを基質としてファルネシル二リン酸を合成した。この結果は、ファルネシル二リン酸合成酵素がイソペンテニル二リン酸異性化酵素活性を持つことを示唆していた。つまり、二機能性のイソペンテニル二リン酸異性化酵素/ファルネシル二リン酸合成酵素を初めて見出すことができた。現在、触媒機構の解明を目指した研究を行っている。

  • スクアレンを出発材料とする生合成経路の再構築とその実験室内進化

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 基盤研究(B)

    研究期間:

    2015年04月
    -
    2018年03月
     

    梅野 太輔, 河合 繁子

     概要を見る

    30,000を超えると云われるトリテルペン類の全てが,スクアレンを原料として生合成される.これらの骨格形成に関わる未知の遺伝子探索と機能改良のため,不可視であった細胞内のスクアレンの消費活性を色スクリーニングする手法を開発した.この手法を用いて得たスクアレン環化酵素の活性変異体を用いた人工経路を構成し,自然界には見つかっていない種々の非天然トリテルペン合成経路を確立することに成功した.

  • タンパク質プレニル化経路の分子進化工学

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 挑戦的萌芽研究

    研究期間:

    2015年04月
    -
    2018年03月
     

    梅野 太輔, 河合 繁子

     概要を見る

    真核生物は,疎水的なプレニル基の付加によって,様々なタンパク質を膜周辺に局在化する機構を有する。本研究は,酵母プレニル化酵素Ram1/2系の大腸菌内で発現させ,タンパク質の局在調節機構の再構築を目的とした。自在なタンパク質の機能制御には至らなかったが,プレニル二リン酸に対するプレニル化酵素の基質消費活性スクリーニング系の確立, およびプレニル化システムによる転写抑制因子の細胞活性のオンオフ制御にむけた基礎的な知見の収集に成功した。

  • 基質消費スクリーニングを用いたテルペン酵素の機能進化

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 新学術領域研究(研究領域提案型)

    研究期間:

    2011年04月
    -
    2013年03月
     

    梅野 太輔

     概要を見る

    我々が開発したテルペン活性のスクリーニング法では、基質消費活性が高いほど、つまり細胞活性が高いほど「より白い」コロニを形成する。「白さ」を指標として、テルペン酵素の細胞活性をハイスループットに見積もることができる。これを用いて,以下2つの方向で実験を行った。
    (1) タバコ由来5-epi-aristolochene(防カビ剤の前駆体)合成酵素(TEAS),イチイ由来のタキサジエン(抗がん剤タキソールの前駆体)合成酵素(TaxS)を変異PCR法によってランダム変異 (~2変異/gene/世代)を導入し,ライブラリ化(多様化)した。つぎに,それぞれを黄色ブドウ球菌由来のC30カロテノイド合成経路とともにひとつの大腸菌内に発現させた。活性の無い酵素変異体の導入された大腸菌は,色素由来の黄色いコロニを与えたが,活性をもつ変異体を導入した細胞は,白っぽいコロニを与える。白いコロニから得た配列をサンプリングして解読したところ,ストップコドンやフレームシフト,そして重篤な構造破壊/機能低下をもたらす変異は完全に除去されていた。こうして,世界で初めて,テルペン酵素としての機能におけるMutability mapが描けることができるようになった。
    (2) ゲラニオール酵素とTEASの2つの酵素について,ランダム変異→活性スクリーニング活性変異体を調べたところ,親よりも白いコロニーを幾つも得た。これらを解析したところ,細胞活性は有意に向上していたが,おもに異種発現性の向上によって説明できるものが殆どであった。

  • 新規分子の効率的探索と選択生産のための進化分子工学

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 若手研究(A)

    研究期間:

    2006年
    -
    2008年
     

    梅野 太輔, 高市 真一

     概要を見る

    自然界が創り得る広大な化合物空間を,高速に,組織的に,そして効率よく探索する方法として,代謝「進化」工学を提案する。カロテノイド色素の基本骨格構造を合成する酵素類の進化工学,そして下流酵素のコンビナトリアルな共発現により様々な新規化合物をシリーズ創出した。また,創りだした新規代謝経路を,副産物の少ない選択的な経路に鍛え上げるための進化工学の手法,その他のテルペノイドの代謝進化工学法も開発した。

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特定課題研究

  • 人工カロテノイド生合成経路の開発と光捕集アンテナとしての応用

    2021年  

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    研究代表者らは,20年にわたって,自然界には存在しないさまざまな物性をもつカロテノイド色素の生合成経路を実験室内で生み出してきた.本研究では,こうして生み出してきた様々な非天然カロテノイドを細胞内で酸化開裂し,分光学的性質の異なるさまざまな非天然レチナールの生合成を実現した.さらにこれらを,各種バクテリオロドプシンと共発現させることによって,その光応答特性を大きくシフトすることにも成功した.

  • 膜タンパク質・膜脂質相互作用の可視化技術の開発

    2021年  

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    生体膜は,エネルギー生産,内外界の区別,遺伝型と表現型の対応付などの生命活動維持に重要な役割を果たす一方,不均一系であるために機能改良研究が大きく立ち遅れている.本研究では,特に難しいとされる,膜タンパク質と脂質(低分子)の相互作用を,それに伴うわずかな安定化を読み出すか方式で検出する技術の開発を試みた.具体的には,膜脂質に依存的だと言われる複数の膜タンパク質を蛍光タンパク質・酵素などと様々な方式で融合した.試作したさまざまな融合タンパク質の中に,膜脂質の組成を変更したとき,その蛍光強度を変化させる変異体が複数得られた.この事実を発展させ,細胞膜を隔てて内外の連絡を実現する画期的な技術を開発できた.

 

現在担当している科目

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