生物機能利用研究部門

新素材開発ユニット

役割

新素材開発ユニットでは、シルクのタンパク質が持つ特徴を詳しく知ること、シルクに新たな機能性を付加すること、カイコ以外の昆虫が作る未知・未利用シルクを探索すること、および素材として使える形にシルクを成形加工する技術を開発することを目的に研究を行っています。目標は、成形加工したシルクを新素材として実用化することです。

主な研究テーマ

遺伝子組換えカイコが作る強靭なシルク 「クモ糸シルク」の開発

最強の天然繊維といわれるクモ糸の性質と、高級繊維としてのシルクの性質を合わせもつ「クモ糸シルク」を生産するカイコの実用品種を作出しました。クモ糸シルクは、通常シルクの1.5倍の切れにくさを持ちます。クモ糸に匹敵する強い天然繊維の織物を世界で初めて機械加工により生産しました。

主な研究テーマ

スズメバチの幼虫が作るシルク「ホーネットシルク」の素材化

スズメバチの幼虫が"まゆ"を作るために吐糸する繊維は、ホーネットシルクというタンパク質でできています。ホーネットシルクは、カイコやクモのシルクとは異なった分子構造(コイルドコイル構造)を有していることを見出しました。また、成形加工性に優れていることもわかり、素材の物性も優れていることから、様々な分野での材料応用を期待して研究を進めています。

主な研究テーマ

クリック反応によって望みの機能を付加できる新シルク素材「クリッカブルシルク」の作出と利用

遺伝子組換えによってカイコのアミノ酸認識能を拡張することにより、アジド基という特殊な官能基を組み込んだ新しいシルク素材「クリッカブルシルク」を作出しました。このクリッカブルシルクは、簡単・確実な化学反応であるクリック反応によって、望みの機能を自在に付加することができます。本研究によって、医療分野等へのシルクの利用可能性が大きく向上すると期待されます。


メンバー

メンバーの主要成果

プレスリリース

  • 桑名芳彦 小島桂 「クモ糸を紡ぐカイコの実用品種化に成功― 大量生産への道を拓く ―」 2014年8月27日
  • 寺本英敏、小島桂 「非天然型アミノ酸を組み込んだシルクの生産に成功-新機能性シルクの開発による医療分野への貢献に期待-」2014年8月19日

原著論文

  • Kambe Y, Kojima K, Tamada Y, Tomita N, Kameda T (2015) Silk fibroin sponges with cell growth-promoting activity induced by genetically fused basic fibroblast growth factor, Journal of Biomedical Materials Research Part A: 6 AUG 2015, DOI: 10.1002/jbm.a.35543
  • 伊藤敏史、亀田恒德、辻行貴、外岡憲明(2015)、シルクフィブロイン水溶液のゲル化抑制と経皮吸収促進効果に関する研究、日本シルク学会誌、23, 57-65.
  • Hshimoto, T., Taniguchi, Y., Kameda, T., Tamada, Y., Kurosu, H., (2015) Changes in the properties and protein structure of silk fibroin molecules in autoclaved fabrics., Polymer Degradation and Stability, 112, 20-26.
  • Sutherland, T. D., Sriskantha, A., Church, J., Strive, T., Trueman, H., Kameda, T., (2014) Stabilization of Viruses by Encapsulation in Silk Proteins, ACS Applied Materials & Interfaces, 6, 18189-18196.
  • Kameda, T., (2015) Influence of pH, Temperature and Concentration on Stabilization of Aqueous Hornet Silk Solution and Fabrication of Salt-Free Materials, Biopolymers, 103, 41-52.
  • Kambe, Y., Sutherland, T. D., and Kameda T., (2014) Recombinant production and film properties of single full-length hornet silk proteins, Acta Biomaterialia, 10, 3590-3598.
  • Campbell, P. M, Trueman, H. E, Zhang, Q., Kojima, K., Kameda, T. and Sutherland, T. D., (2014) Cross-linking in the silks of bees, ants and hornets, Insect Biochemistry and Molecular Biology, 48, 40-50.
  • Kameda, T., Nemoto, T., Ogawa, T., Tosaka, M., Kuratab, H., Schaper, A. K. (2014) Evidence of α-helical coiled coils and β-sheets in hornet silk, Journal of Structural Biology, 185, 303-308.
  • Kambe, Y., Kameda, T.,(2014) Production and cell adhesion activity of recombinant full-length hornet silk protein fused with RGDS peptide, J. Silk Sci. Tech. Jpn., 22, 47-49.
  • 寺本英敏, 村上麻理亜, 亀田恒徳 (2014) 循環透析法による高分子量セリシン水溶液の脱塩,日本シルク学会誌, 22, 51-56.
  • 服部晋也, 寺田堂彦, 本田貴子, 寺本英敏, 亀田恒徳, 玉田靖, 小林尚俊 (2014) 人工角膜材料としてのフィブロインファイバー不織布の有用性, 日本シルク学会誌, 22, 117-123.
  • 亀田恒徳, 張薔 (2014) ホーネットシルクの塩化カルシウム水溶液への溶解, 日本シルク学会誌, 22, 109-116.
  • Matsunaga T., Moriizumi M. and Kameda T. (2013) Molecular Characterization of Organic Nitrogen in Cattle Manure Compost by Size-Exclusion HPLC with Chemiluminescent Nitrogen Detection, Anal. Sci., 29, 923-926 (2013)
  • Walker, A. A., Weisman, S., Kameda, T., Tara D. Sutherland, T. D., (2012) Natural templates for coiled coil biomaterials from praying mantis egg-cases, Biomacromolecules, 13, 4264-4272.
  • Kameda, T.,(2012) "Quantifying the fraction of alanine residues in an ?-helical conformation in hornet silk using solid-state NMR", Polymer Journal, 44, 876-881.
  • 荒谷恵梨子, 亀田恒徳, 玉田 靖, 小島 桂, (2012) "透析過程におけるシルクフィブロインのゲル化の制御" 日本シルク学会誌, 20, 85-87.
  • Kameda, T.,*,Kojima, K., Zhang, Q. and Sezutsu, H., (2012) "Identification of Hornet Silk Gene with a Characteristic Repetitive Sequence in Vespa simillima xanthoptera", Comparative Biochemistry and Physiology, B-Biochemistry & Molecuar Biology, 161. 17-24.
  • Kuwana Y, Sezutsu H, Nakajima K, Tamada Y, Kojima K (2014) High-toughness silk produced by a transgenic silkworm expressing spider (Araneus ventricosus) dragline silk protein PLoS ONE 9(8):e105325
  • Sato M, Kojima K, Sakuma C, Murakami M, Tamada Y, Kitani H (2014) Production of scFv-conjugated affinity silk film and its application to a novel enzyme-linked immunosorbent assay Scientific Reports 4():4080.
  • Iizuka T, Sezutsu H, Tatematsu K, Kobayashi I, Yonemura N, Uchino K, Nakajima K, Kojima K, Takabayashi C, Machii H, Yamada K, Kurihara H, Asakura T, Nakazawa Y, Miyawaki A, Karasawa S, Kobayashi H, Yamaguchi J, Kuwabara N, Nakamura T, Yoshii K, Tamura T (2013) Colored fluorescent silk made by transgenic silkworms Advanced Functional Materials 23(42):5232-5239
  • Teramoto H, Kojima, K. (2016) Inhibitory effects on silk fibroin production by the expression of phenylalanyl-tRNA synthetase mutants in posterior silk glands of Bombyx mori. J. Insect Biotechnol. Sericol. 85, 31-37.
  • Teramoto H, Nakajima K, Kojima K. (2016) Azide-incorporated clickable silk fibroin materials with the ability to photopattern. ACS Biomater. Sci. Eng. 2 (2), 251-258.
  • 寺本英敏、佐々木瑞樹、玉田 靖、小島 桂 (2016) クリック反応によるアジド基導入フィブロインフィルムの修飾. 日本シルク学会誌 24, 33-36.
  • Teramoto H, Kojima K. (2015) Incorporation of methionine analogues into Bombyx mori silk fibroin for click modifications. Macromol. Biosci. 15 (5), 719-727.
  • 寺本英敏、中島健一、小島 桂 (2015) 非天然型アミノ酸(4-クロロフェニルアラニン)を導入した家蚕シルクの物性解析. 日本シルク学会誌 23, 27-35.
  • Teramoto H, Kojima, K. (2014) Production of silk fibroin incorporated with unnatural amino acids. Biomacromolecules 15 (7), 2682-2690.
  • Teramoto H, Kojima, K. (2014) Residue-specific incorporation of phenylalanine analogues into protein biosynthesis in silkworm cultured cells. J. Insect Biotechnol. Sericol. 82 (3), 61-69.
  • Hosoe M, Yoshida N, Hashiyada Y, Teramoto H, Takahashi T, Niimura S. (2014) Sericin accelerates the production of hyaluronan and decreases the incidence of polyspermy fertilization in bovine oocytes during maturation. J. Reprod. Develop. 60 (4), 268-273.
  • 寺本英敏、村上麻理亜、亀田恒徳 (2014) 循環透析法による高分子量セリシン水溶液の脱塩. 日本シルク学会誌 22, 51-56.
  • 服部晋也、寺田堂彦、本田貴子、寺本英敏、亀田恒徳、玉田 靖、小林尚俊 (2014) 人工角膜材料としてのフィブロインファイバー不織布の有用性. 日本シルク学会誌 22, 117-123.
  • Hattori S, Terada D, Teramoto H, Kameda T, Tamada Y, Kobayashi H, Honda T, Yoshikawa C. (2012) Influence of sterilisations on silk protein-based material. Bioinsp. Biomim. Nanobiomater. 1 (3), 195-199.
  • Terada D, Hattori S, Teramoto H, Kameda T, Tamada Y, Kobayashi H. (2012) Silk nanofibre arranging improves its fibre mat transparency. Bioinsp. Biomim. Nanobiomater. 1 (1), 57-61.
  • Teramoto H, Kojima K, Kajiwara H, Ishibashi J. (2012) Expansion of the amino acid repertoire in protein biosynthesis in silkworm cells. ChemBioChem 13 (1), 61-65.
  • Taiyo YOSHIOKA, Kohji TASHIRO*, Noboru OHTA (2016) Molecular Orientation Enhancement of Silk by the Hot-Stretching-Induced Transition from ?-Helix-HFIP Complex to ?-Sheet, Biomacromolecules, 17, 1437-1448.
  • Yutaka KAWAHARA*, Taiyo YOSHIOKA, Wataru TAKARADA, Takeshi KIKUTANI, Masaki TSUJI (2016) Alkaline Hydrolysis Kinetics of Poly(ethylene terephthalate) Fibers, J. Fiber Sci. Technol., 72(1), 9-16.

単行本

  • 亀田恒德、スズメバチの繭由来の新シルク素材 -その特性と利用可能性について- 『昆虫科学読本 ―虫の目で見た驚きの世界』 昆虫科学連合編、東海大学出版会 230-242
  • 河原豊, 吉岡太陽, 亀田恒徳 (2014) エレクトロスピニング法によるバイオナノファイバーの開発 高機能性繊維の最前線～医療、介護、ヘルスケアへの応用～ 2(3):32-41
  • Kameda T, Walker A.A, Sutherland T.D (2014) Evolution and application of coiled coil silks from insects Biotechnology of Silk (5):87-106.
  • Kuroki S, Kameda T, Yasunaga H (2013) Applications of nuclear shielding Nuclear Magnetic Resonance 42:78-151.
  • 亀田恒德 (2013) 素材利用の立場から見たスズメバチの繭-繭の形態と物性-, 昆虫バイオテック、82, 175-185.
  • Kuroki,S. Kameda, T. and Yasunag, H.,Nuclear Magnetic Resonance, Vol. 41, "Applications of nuclear shielding" by Krystyna Kamienska-Trela (Editor), Royal Society of Chemistry,pp. 78-151, (2013)
  • Tamada Y, Kojima K (2015) Silk fibers as smart materials toward medical textiles Handbook of Smart Textiles I(9):209-224

特許

  • 小林尚俊、服部晋也、亀田恒德、角膜実質再生用透明配向フィブロインファイバー不織布、特願2014-177280
  • 亀田恒德、伊藤敏史、外岡憲明、辻行貴、シルクフィブロイン水溶液、及びその製造方法、出願番号2014-15166
  • 亀田恒德、"蜂のシルク蛋白質の水溶液とその製造方法"、出願番号 特願2013-112243 (出願日2013年5月28日)国際出願番号:PCT/JP2014/064155(国際出願日:2014/05/28)国際公開番号:国際公開番号:WO2014/192822(国際公開日:2014/12/04)
  • 亀田恒德, 玉田靖, 寺本英敏, 高須陽子"タンパク質フィルムの製造方法及びそれにより得られるタンパク質フィルム" 特許第5229769号.
  • 寺本英敏、小島桂、飯塚哲也「トランスジェニックカイコ、および該カイコを用いた非天然アミノ酸含有タンパク質の製造方法」 特開2015-015927(出願日平成25年7月11日)
  • 田村 俊樹 瀬筒 秀樹 小林 功小島 桂 神田 俊男 内野 恵郎 「カイコ中部絹糸腺特異的遺伝子発現系を利用したタンパク質の製造方法」 2012-146507
  • 亀田恒徳、寺本秀俊、玉田靖 "筒状構成物及びその製造方法"特許第5987138号(特願2012-531954)
  • 木谷 裕 佐藤 充 玉田 靖 小島 桂 「一本鎖抗体の製造方法」 2011-113813
  • 玉田 靖 小島 桂 富田直秀 平方栄一 「細胞・組織供給用支持体、細胞・組織供給体及びその製造方法、組織再生方法、並びに多孔質体の製造方法」 PCT/JP2010/064193
  • 玉田 靖 小島 桂 富田直秀 平方栄一 「細胞・組織供給用支持体、細胞・組織供給体及びその製造方法、組織再生方法、並びに多孔質体の製造方法」 2011-527723

総説・紹介記事・技術資料

  • 桑名芳彦, 小島桂 (2015) クモ糸を紡ぐカイコの実用品種化に成功 バイオインダストリー 32(3):57-63
  • 小島桂 (2013) 遺伝子組換えシルクと生体材料 バイオマテリアル-生体材料- 31(2):72-81
  • 小島桂 (2016) シルクを設計する-遺伝子組換えカイコとクモ糸シルク milsil 9(1) 13-15
  • 小島桂 (2016) 遺伝子組換えカイコが作る強靭なシルク「クモ糸シルク」 シルクレポート 49:32-36
  • 小島桂,桑名芳彦 (2015)クモ糸を紡ぐカイコの実用品種化に成功-大量生産への道を拓く- JATAFFジャーナル 3(7) 50
  • 桑名芳彦, 小島桂 (2015) 遺伝子組換えカイコによるクモ糸シルクの誕生 CROSS T&T 49():38-41
  • 桑名芳彦, 小島桂 (2014) クモ糸を紡ぐカイコ 繊維製品消費科学 55(11):37-41
  • 吉岡太陽 (2016) カイコの天然紡糸プロセスに学ぶ再生フィブロインの新規構造制御法, 染色研究 60(2), 23-27.
  • 吉岡太陽 (2016) シルクとの出会い, 繊維学会誌 72(1): P23-24.

受賞

  • 寺本英敏・小島桂 平成27年度 日本蚕糸学会進歩賞(技術賞) 2015年9月26日
  • 小島桂・桑名芳彦・瀬筒秀樹・中島健一・飯塚哲也 平成27年度 貞明皇后記念蚕糸科学賞 「遺伝子組換えカイコによる新しい機能を有するクモ糸シルクの創出」
  • 遺伝子組換えカイコ研究グループ(飯塚哲也、岡田英二、小島桂、桑名芳彦、笠嶋めぐみ、坪田拓也、立松謙一郎、内野恵郎、行弘研司、河本夏雄、田部井豊、冨田秀一郎、中島健一、瀬筒秀樹)平成27年度 日本育種学会賞 「高機能シルクを産生する遺伝子組換えカイコの実用品種開発」
  • 第1回バイオサイエンスグランプリ、企業賞(ユーグレナ賞)受賞、発表題目「シルク医療素材」2015年1月25日