ケラチンを再利用する新技術(Upcycling proteins just got easier)

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2025-09-03 ハーバード大学

ハーバード大学SEASの研究チームは、羊毛や羽毛などに含まれるケラチンの再利用を容易にする新しい仕組みを解明した。従来のアップサイクルでは強力な有機溶媒が必要で環境負荷が大きかったが、今回の研究では臭化リチウム(LiBr)が鍵となることを発見。LiBrはタンパク質自体を直接壊すのではなく、その周囲の水分子構造に作用して自然に変性が進む環境を作り出す。このプロセスは分子動力学シミュレーションと実験により確認され、より穏やかで持続可能な方法として期待される。さらにLiBrは再利用可能であり、クローズドループ型のリサイクルプロセスを構築できる点も利点。これにより廃棄タンパク質を新しいバイオマテリアルへと変換する効率的な道が拓かれた。成果は『Nature Communications』に掲載された。

<関連情報>

エントロピー駆動型変性による迅速なゲル-固体転移を介した持続可能なタンパク質再生 Entropy-driven denaturation enables sustainable protein regeneration through rapid gel-solid transition

Yichong Wang,Junlang Liu,Michael M. Peters,Ryoma Ishii,Dianzhuo Wang,Sourav Chowdhury,Kevin Kit Parker & Eugene I. Shakhnovich
Nature Communications  Published:26 July 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-025-61959-9

ケラチンを再利用する新技術(Upcycling proteins just got easier)

Abstract

The upcycling of protein materials has long been hindered by the difficulty in restructuring them to usable forms. In contrast to proteins extracted using conventional organic denaturants, keratin treated with concentrated inorganic lithium bromide (LiBr) solution undergoes spontaneous aggregation into a stable gel with rapid phase-transition capability. We hypothesize that this distinct behaviour arises from an alternative denaturation mechanism that does not rely on direct interactions between proteins and concentrated ions. To investigate this, we study the denaturation effects of concentrated inorganic ion pairs using thermodynamic and spectroscopic analyses combined with atomistic molecular simulations. Through the isolation of indirect solute effects, our findings suggest a universal mechanism of salt-induced denaturation driven by entropy instead of enthalpy. We find that concentrated ion pairs like LiBr disrupt the water network structure rather than directly interacting with proteins. The mechanistic insight enables us to refine our previous extraction process of keratin materials, allowing for the spontaneous separation of denatured keratin into a condensed gel phase without additional chemicals and achieve closed-loop recycling of the LiBr denaturant. This simple, effective strategy can repurpose protein resources into versatile biomaterials in a simple, effective way without the need to separate organic denaturants from bulk proteins.

生物化学工学
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