2026-06-05 京都大学
◆NADは生物の代謝や酵素反応に不可欠な補酵素であり、バイオものづくりでは酸化型NAD⁺を還元型NADHへ再生する技術が重要となる。研究チームは、メタノール資化性細菌 Methylorubrum extorquens AM1由来のギ酸脱水素酵素サブユニット（FoDH1B）を大腸菌で発現させ、電極との間で直接電子移動（DET）を行う酵素反応系を構築した。その結果、犠牲基質を必要とせず、電気のみを利用して高速かつ高選択的にNAD⁺をNADHへ変換することに成功した。さらに、この酵素を用いたフロー型リアクターを開発し、高性能な連続NADH再生系を実現した。
◆本技術は逆反応によるNADHからNAD⁺への変換も可能であり、NADの酸化還元状態を自在に制御できる。将来的には、バイオリアクターによる物質生産の高効率化に加え、バイオセンサーやバイオ電池などのバイオエレクトロニクス分野への応用が期待される。
作成：京都大学大学院農学研究科応用生命科学専攻 生体機能化学研究室
＜関連情報＞
- https://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research-news/2026-06-05-0
- https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1567539426001003
ギ酸脱水素酵素の組換えジアフォラーゼサブユニットによる直接電子移動型NADH再生フローリアクタの構築 Direct electron transfer-type NADH regeneration flow reactor with recombinant diaphorase subunit of formate dehydrogenase 1
Reiji Kinosada, Sachika Takebe, Taiki Adachi, Shinichi Oide, Yuki Kitazumi, Osamu Shirai, Keisei Sowa
Bioelectrochemistry Available online: 30 April 2026
DOI:https://doi.org/10.1016/j.bioelechem.2026.109314
Highlights
- Diaphorase subunit of formate dehydrogenase 1 (EcFoDH1B) was expressed in E. coli.
- Direct electron transfer-type bioelectrocatalysis with EcFoDH1B was investigated.
- NADH regeneration flow reactor with EcFoDH1B was constructed.
- The flow reactor achieves high TOF and Faradaic efficiency under low overpotential.
Abstract
Nicotinamide adenine dinucleotide redox couple (NAD+/NADH) plays important roles in vivo as a redox cofactor, making NADH regeneration systems valuable to the biochemical industry. Among various methods, electrochemical NADH regeneration employing direct electron transfer (DET)-type bioelectrocatalysis offers low overpotentials and high specificity without the need for mediators. A recombinant β subunit (diaphorase subunit) of formate dehydrogenase 1 (FoDH1B) from Methylorubrum extorquens AM1 has reportedly shown DET-type activity in NAD+/NADH interconversion. In this study, a heterologous expression system for FoDH1B in Escherichia coli (EcFoDH1B) was constructed to improve protein expression efficiency, and its electrochemical properties were elucidated, exhibiting 10-fold higher DET-type activity than that expressed in M. extorquens AM1. In addition, appropriate conditions for the DET-type reaction were investigated. Furthermore, a bioelectrochemical NADH regeneration flow reactor was constructed using an EcFoDH1B-modified carbon felt electrode, achieving a turnover frequency of 10,000 h−1 and a Faradaic efficiency over 90% at a low overpotential (0.10 V).
