触媒的に活性な包接体は、バイオテクノロジーのための一般的な概念、最適化、および応用である

Catalytically-active inclusion bodies for biotechnology-general concepts, optimization, and application.

• Vera D Jäger
• Robin Lamm
• Kira Küsters
• Gizem Ölçücü
• Marco Oldiges
• Karl-Erich Jaeger
• Jochen Büchs
• Ulrich Krauss

抄録

細菌性包接体（IB）は、長い間、組換え遺伝子の異種過剰発現によって産生される不活性で、折り畳まれていない廃棄物と考えられてきた。工業的用途では、タンパク質が可溶性の形態で十分な量で発現できない場合の代替品として使用されることがあります。しかし、その後、不活性なIBを活性な可溶性タンパク質に変換するために、リフォールディングアプローチが必要とされる。IB自体が触媒的機能性/活性（CatIB）を示すという逸話的な報告は文献の至る所で見られるが、最近になって、タンパク質工学的手法を用いてCatIBをオンデマンドで生産することが容易になってきた。CatIBの形成は、通常、短いペプチドタグや凝集を誘導するタンパク質ドメインを標的タンパク質に融合させることによって誘導される。それぞれの遺伝子の異種発現によって形成されたタンパク質性粒子は、生物学的に生成されたバイオナノマテリアルとみなすことができるか、または、酵素が標的タンパク質として使用される場合には、キャリアフリーの酵素が固定化されています。本論文では、CatIBの製造、加工、および応用のために重要な一般的な概念をレビューする。重要なポイント： ・触媒活性介在体（CatIB）は有望なバイオナノ材料である。 ・生物触媒作用、合成化学、バイオテクノロジーへの応用の可能性がある。

Bacterial inclusion bodies (IBs) have long been considered as inactive, unfolded waste material produced by heterologous overexpression of recombinant genes. In industrial applications, they are occasionally used as an alternative in cases where a protein cannot be expressed in soluble form and in high enough amounts. Then, however, refolding approaches are needed to transform inactive IBs into active soluble protein. While anecdotal reports about IBs themselves showing catalytic functionality/activity (CatIB) are found throughout literature, only recently, the use of protein engineering methods has facilitated the on-demand production of CatIBs. CatIB formation is induced usually by fusing short peptide tags or aggregation-inducing protein domains to a target protein. The resulting proteinaceous particles formed by heterologous expression of the respective genes can be regarded as a biologically produced bionanomaterial or, if enzymes are used as target protein, carrier-free enzyme immobilizates. In the present contribution, we review general concepts important for CatIB production, processing, and application. KEY POINTS: • Catalytically active inclusion bodies (CatIBs) are promising bionanomaterials. • Potential applications in biocatalysis, synthetic chemistry, and biotechnology. • CatIB formation represents a generic approach for enzyme immobilization. • CatIB formation efficiency depends on construct design and expression conditions.