多孔質微小球上に固定化された効率的なマルチ酵素のデンプンからのイノシトール生産への応用

Efficient Multi-Enzymes Immobilized on Porous Microspheres for Producing Inositol From Starch.

• Pingping Han
• Xigui Zhou
• Chun You

抄録

合成酵素バイオシステムは、次世代のバイオ製造プラットフォームと考えられています。このバイオシステムは、複雑なバイオトランスフォーメーションを実現するための複数の酵素を含んでいます。しかし、複数の酵素は再利用が難しく、不安定であることから、このバイオシステムの工業プロセスでの利用は制限されている。このような問題を解決するために、複数の酵素を固定化することが考えられます。ここでは、デンプンからイノシトールを生産するための複数の酵素を共固定化するための担体として多孔質マイクロスフィアを使用しています。まず、デンプンをイノシトールに変換するための酵素（α-グルカンホスホリラーゼaGP、ホスホグルコースムターゼPGM、イノシトール1-リン酸合成酵素IPS、イノシトールモノホスファターゼIMP）を個別に多孔質球体に固定化し、固定化効果を確認した後、すべての酵素を多孔質球体に共固定化しました。その結果、固定化酵素を個別に固定化した反応系と比較して、共固定化酵素を含む反応系では、デンプンからイノシトールを生成する際に約3.5倍の反応速度が得られた。この反応速度は、遊離酵素混合物による反応速度と同等である。また、共固定化マルチ酵素システムは、遊離酵素混合物よりも高い熱安定性と回収安定性を示した。7バッチ後、固定化酵素は45.6%の相対収率を保持するが、遊離酵素混合物は3バッチ後に13.3%の相対収率しか保持しない。このように、複数の酵素を多孔質マイクロスフィア上に固定化することで、産業規模での合成酵素バイオシステムの応用が可能になると考えられる。

synthetic enzymatic biosystem is considered to be the next generation of biomanufacturing platform. This biosystem contains multiple enzymes for the implementation of complicated biotransformatiom. However, the hard-to-reuse and instability of multiple enzymes limit the utilization of this biosystem in industrial process. Multi-enzyme immobilization might be a feasible alternative to address these problems. Herein, porous microspheres are used as carriers to co-immobilize multiple enzymes for producing inositol from starch. At first, all the enzymes (i.e., α-glucan phosphorylase aGP, phosphoglucose mutase PGM, inositol 1-phosphate synthase IPS, and inositol monophosphatase IMP) for converting starch to inositol were immobilized on porous microspheres individually to check the effect of immobilization, then all the enzymes are co-immobilized on porous microspheres. Compared to reaction system containing all the individual immobilized enzymes, the reaction system containing the co-immobilized enzymes exhibit ∼3.5 fold of reaction rate on producing inositol from starch. This reaction rate is comparable to that by free enzyme mixture. And the co-immobilized multi-enzyme system show higher thermal stability and recovery stability than free enzyme mixture. After 7 batches, the immobilized enzymes retain 45.6% relative yield, while the free enzyme mixture only retain 13.3% relative yield after 3 batches. Co-immobilization of multiple enzymes on porous microspheres for biomanufacturing would shed light on the application of synthetic enzymatic biosystem in industrial scale.

Copyright © 2020 Han, Zhou and You.