バイオセンサーへの応用を目指したシャペロニンのガラス表面固定

臨床、食品、環境分野において、生体分子を識別するバイオセンサーの開発が進んでいる。
生体分子の識別素子として酵素を利用する場合、基板への固定化はタンパク質の構造変化につながり、活性を失うことが多い。そこでセンサー酵素の安全な基板固定のため、タンパク質の折れたたみを介助する大腸菌のシャペロニンGroELの利用を考えた（図１）。
GroELは、協働タンパク質GroESと結合すると、約5 nmの内腔をもつGroEL/GroES複合体を形成する。ATP加水分解にかかる約8秒でGroESを解離するが、ATP加水分解を遅くした変異体では長時間タンパク質を内包することができる。本研究では、センサー酵素を長期間内包、かつ平面固定させるカプセルとしてのGroELを、センサーチップの材料であるガラスの表面へ固定化することを目指した。

複合体寿命が12日に延長されたGroEL^D52,398A変異体を組換え大腸菌内で発現させ、98%以上の精製度まで精製した。1cm²に切断した角カバーガラスに、GroELを滴下、デシケーターで乾燥したものを、走査型プローブ顕微鏡（SPM）で観察した。GroEL^D52,398Aは、ガラスに吸着でき、1µMで5分間、あるいは0.1µMで5分間の静置を反復することにより一層で面を敷き詰めることがわかった（図２）。そこで、平板固定GroELに基質タンパク質を内包し、酵素活性を検証している。GroELは変性タンパク質の再生能をもっているため、内包酵素の活性を長期間維持できるバイオセンサーの基盤技術の構築が期待できる。