ビリルビンは、動物における鉄含有ポルフィリン化合物の生理的分解（カタボリズム）により生成される代謝産物である。ビリルビンは生体内で重要な役割を担い、肝細胞の再生を助ける抗酸化物質として機能する。しかし、代謝異常が生じるとビリルビンが体内に蓄積し、高ビリルビン血症を来し、さらには黄疸に至ることがある。ビリルビンオキシダーゼはビリルビンの反応を触媒し、無毒性のビリルビンへと変換する。主として血清中ビリルビン濃度の測定に用いられ、血清ビリルビン量は肝胆道系疾患の診断における重要な根拠となるほか、病理学的解析のための情報提供にも資する。近年では、ビリルビンオキシダーゼは染料分解やバイオバッテリー製造にも利用されており、その応用範囲は大きく拡大している。

図1．ビリルビンの構造。

ビリルビンオキシダーゼの由来

ビリルビンオキシダーゼはポリフェノールオキシダーゼの一種である。ビリルビンオキシダーゼに関する最初の研究は、海外の研究者であるMuraoおよびTanakaによって行われた。彼らはLactobacillus属の真菌からビリルビンオキシダーゼを精製し、その後の研究および応用に向けた重要な理論的基盤を築いた。ビリルビンオキシダーゼの由来は特に広範であり、Lactobacillusは主要な供給源であるとともに高生産菌でもある。ビリルビンオキシダーゼを産生する微生物には、Streptomyces、Frankia、Ganoderma lucidum、Penicillium violaceumなどが含まれる。Maitinsは研究において、B. subtilisの芽胞コートタンパク質にもビリルビンオキシダーゼ活性があることを見出した。さらに、海外の研究者らはジャガイモ、タマネギ、アルファルファ、トマトなどの植物からもビリルビンオキシダーゼを単離している。

図2．ビリルビンオキシダーゼのタンパク質構造。

ビリルビンオキシダーゼの応用

1．臨床検査および治療

ビリルビンオキシダーゼは医療分野で幅広く利用されている。主として血清中のビリルビンおよび総ビリルビンの定量に用いられる。化学的方法と比較して、肝疾患および胆嚢疾患のモニタリングにおいて高感度かつ高精度であり、詳細な病理学的解析情報を提供し得る。測定の利便性を高めるため、ビリルビンオキシダーゼはキット化されており、患者のビリルビン濃度を迅速に測定して臨床的に黄疸を診断することが可能である。さらに、重症黄疸患者では臨床治療中に血清クレアチニンの測定が必要となるが、測定時に血清中ビリルビンが干渉することがある。この場合、ビリルビンオキシダーゼを用いて血清中ビリルビンによる干渉を除去することで、クレアチニン測定を円滑に実施し、測定値の信頼性を向上させることができる。ビリルビンオキシダーゼは細胞外酵素であり、単離が容易ではない。単離・精製の過程では性状が不安定で、酵素活性が大幅に低下し、収率も低下する。これらの課題を克服するために、酵素固定化を行うことができる。固定化酵素は性状がより安定であり、酵素の触媒効率を向上させるとともに、酵素反応の調整および制御が容易となる。

2．環境排水の処理

産業の急速な発展に伴い、化学工業排水や捺染・染色排水が環境中へますます排出され、汚染の一因となっている。長年にわたり、排水処理法は主として物理的方法および化学的方法であった。物理的方法による排水処理は処理速度が遅く、処理期間も長い。酵素研究の進展により、排水の生物学的処理が可能となってきた。ビリルビンオキシダーゼとラッカーゼはいずれもポリフェノールオキシダーゼであり、そのため類似した性質および作用を有する。

参考文献

1. Mosqueda, L.; et al. The Life Cycle of Bruises in Older Adults. Journal of the American Geriatrics Society. 2005, 53 (8): 1339-1343.
2. Macedo LJ.; et al. Assessing electron transfer reactions and catalysis in multicopper oxidases with operando X-ray absorption spectroscopy. Nature Communications. 2020, 11 (1): 316.