電気ず酵玠の力で補酵玠NADを再生―新芏DET型酵玠による高速化ず省゚ネルギヌの実珟―

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2026-06-05 京郜倧孊

京郜倧孊倧孊院蟲孊研究科ず村田補䜜所の共同研究グルヌプは、補酵玠NADの酞化還元状態を電気゚ネルギヌによっお高効率に制埡する新しいNAD再生技術を開発した。
◆NADは生物の代謝や酵玠反応に䞍可欠な補酵玠であり、バむオものづくりでは酞化型NAD⁺を還元型NADHぞ再生する技術が重芁ずなる。研究チヌムは、メタノヌル資化性现菌 Methylorubrum extorquens AM1由来のギ酞脱氎玠酵玠サブナニットFoDH1Bを倧腞菌で発珟させ、電極ずの間で盎接電子移動DETを行う酵玠反応系を構築した。その結果、犠牲基質を必芁ずせず、電気のみを利甚しお高速か぀高遞択的にNAD⁺をNADHぞ倉換するこずに成功した。さらに、この酵玠を甚いたフロヌ型リアクタヌを開発し、高性胜な連続NADH再生系を実珟した。
◆本技術は逆反応によるNADHからNAD⁺ぞの倉換も可胜であり、NADの酞化還元状態を自圚に制埡できる。将来的には、バむオリアクタヌによる物質生産の高効率化に加え、バむオセンサヌやバむオ電池などのバむオ゚レクトロニクス分野ぞの応甚が期埅される。

電気ず酵玠の力で補酵玠NADを再生―新芏DET型酵玠による高速化ず省゚ネルギヌの実珟―
䜜成京郜倧孊倧孊院蟲孊研究科応甚生呜科孊専攻 生䜓機胜化孊研究宀

関連情報

ギ酞脱氎玠酵玠の組換えゞアフォラヌれサブナニットによる盎接電子移動型NADH再生フロヌリアクタの構築 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).

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