足立大宜 農学研究科特定研究員、市川小夏 同修士課程学生、宋和慶盛 同助教、宮田知子 大阪大学特任准教授、牧野文信 同招へい准教授、難波啓一 同特任教授、株式会社テクノプロの田中秀明氏らの共同研究グループは、Gluconobacter japonicusという酢酸菌由来のフルクトース脱水素酵素（贵顿贬）の膜结合领域欠损変异体を开発し、直接电子移动型酵素电极反応（顿贰罢型反応）における活性向上を実现しました。
贵顿贬は、酢酸菌の呼吸锁电子伝达系を构成する酵素で、フルクトース（果糖）を酸化します。本酵素は、电极との直接的な电子移动ができるユニークな特徴を有しており、优れた物质－エネルギー変换（低い副反応リスク?高い电解効率）を実现できます。しかし本酵素は、生体内で细胞膜に结合しているため、界面活性剤を用いて精製する必要がありました。そこで今回、贵顿贬の立体构造から2か所の膜结合领域を推定し、両者を切除した変异体を设计しました。本変异体は、细胞膜から游离した状态で発现し、界面活性剤フリーでの精製に成功しました。また、クライオ电子顕微镜観察および単粒子像解析によって、本変异体の构造解析を行った结果、切除领域以外の构造変化はほとんど无く、酵素活性を保持したまま変异体を作製できたことを确认しました。さらに本変异体は、界面活性剤と共存しないため、野生型酵素よりも高密度で电极に吸着することができます。その结果、本変异体の顿贰罢型反応速度は、野生型酵素の14倍に向上しました。本研究成果は、高活性な生体触媒の合理的设计手法として、学术的かつ社会的な波及効果が期待されます。
本研究成果は、2025年7月11日に、国際学術誌「ACS Electrochemistry」にオンライン掲載されました。
「贵顿贬は、これまでも卓越した顿贰罢活性を有する酵素として注目されてきましたが、今回、构造情报に基づく合理的设计により、その活性をさらに向上させることに成功しました。本成果は、酵素机能の最适化における构造情报活用の可能性を强く実感させるものであり、今后の酵素设计にも大きく贡献すると考えています。」（市川小夏）
「本研究は、2022年に40年以上未解明だった贵顿贬の立体构造を私たちが世界で初めて解明した成果を础としています。その后、顿贰罢型酵素设计や构造生物电気化学の研究は加速度的に発展しており、本成果によって触媒性能を10倍以上に改良することができました。今回のブレイクスルーは、バイオ燃料电池やバイオセンサとしての性能向上だけでなく、酵素製造コストの低减などにも波及効果を齎します。今后も构造生物电気化学の基础研究を加速させるとともに、社会実装に向けた开発研究にも挑戦していきます。」（宋和庆盛）
【顿翱滨】
【书誌情报】
Taiki Adachi, Konatsu Ichikawa, Tomoko Miyata, Fumiaki Makino, Hideaki Tanaka, Keiichi Namba, Keisei Sowa (2025). Improved Direct Bioelectrochemical Fructose Oxidation with Surfactant-Free Heterotrimeric Fructose Dehydrogenase Variant Truncating Heme 1c and C-Terminal Hydrophobic Regions. ACS Electrochemistry.
