サービス

プロフェッショナルでコスト削減のソリューション

設計酵素ライブラリーのハイスループットスクリーニングおよび活性プロファイリング

Creative Enzymesは、合理的に設計された酵素の性能を評価・最適化するための設計酵素ライブラリーのハイスループットスクリーニングおよび活性プロファイリングサービスを提供しています。本サービスは、計算設計と実用化の間にあるギャップを埋め、in silico予測を定量可能な触媒アウトカムへと転換します。

高度なハイスループットスクリーニングプラットフォーム、精密な活性アッセイ、ならびに詳細な速度論解析を用いて、活性・選択性・安定性の向上といった優れた特性を示す酵素バリアントを同定します。当社の統合的アプローチにより、合理設計酵素は、下流の最適化またはスケールアップに進む前に、厳格な機能的バリデーションおよび定量評価を受けることが保証されます。

構造的知見、生化学的専門性、最先端の計測機器を組み合わせることで、Creative Enzymesは合理的酵素設計を実証済みバイオ触媒へと変換するための、信頼性が高く効率的なルートを提供します。

ハイスループットスクリーニングと活性プロファイリングが重要な理由

合理的酵素設計は、触媒効率の向上、基質特異性の改変、または環境耐性の強化を目的として、タンパク質構造を標的指向的に改変することを可能にします。しかし、計算予測のみでは十分ではなく、理論上の改善が機能性能へ確実に反映されることを担保するために、実験的検証が不可欠です。

ハイスループットスクリーニングおよび活性プロファイリングは、合理設計の成功を検証するうえで重要な役割を果たします。活性ベースアッセイ結合解析速度論プロファイリングを通じて、最も有望な酵素バリアントを同定し、導入変異がもたらす機構的影響を理解できます。

ハイスループットスクリーニングにより、分光光度法、蛍光法、クロマトグラフィーアッセイなど多様な分析プラットフォームを用いて、多数の設計バリアントを迅速に評価できます。高性能候補が同定された後は、活性プロファイリングおよび速度論的特性解析により、触媒パラメータ(KMkcatkcat/KM)を定量化し、構造改変が酵素機能に与える影響を機構的に理解することが可能です。

Creative Enzymesは、ハイスループット機能スクリーニングと、詳細な活性・速度論プロファイリングという両段階を、単一のシームレスなサービスプラットフォームとして統合しています。当社の学際的チームは、酵素学、構造生物学、計算設計の専門性を融合し、合理的に改変された各酵素を、科学的厳密性と産業的妥当性の両面から徹底的に評価します。

Molecular docking results of the native active site (NAS) of E1 and engineered active site (EAS) of EE図1. ナチュラル活性部位(NAS)および改変活性部位(EAS)(Krishna et al., 2024より改変)

提供内容:ハイスループットスクリーニング&活性プロファイリング

Creative Enzymesは、合理設計酵素の機能的バリデーションの全プロセスを網羅する包括的サービスを提供します。

設計バリアントの機能スクリーニング

  • バリアントライブラリー全体にわたる酵素活性を検出するための、カスタムハイスループットアッセイの開発。
  • 複数条件(pH、温度、基質濃度)下でのスクリーニングにより、最適性能条件を同定。
  • 基質レンジおよび反応選択性の評価。

ハイスループットアッセイ開発

  • 比色、蛍光、またはカップルド酵素アッセイの設計および最適化。
  • 96、384、または1536ウェルフォーマットへの反応ミニチュア化。
  • 自動リキッドハンドリングシステムの統合による高効率スループットの実現。

速度論的特性解析

  • 主要触媒パラメータの決定:KM、Vmaxkcatkcat/KM
  • 反応速度論に対するMichaelis–Menten解析およびLineweaver–Burk解析。
  • 異なる基質および補因子における触媒効率の評価。

熱力学および安定性試験

  • 熱変性(Tm)、半減期(t1/2)、残存活性の評価。
  • 産業用酵素最適化に向けたpH耐性および溶媒耐性アッセイ。
  • プロセス関連条件下での安定性プロファイリング。

基質結合および特異性解析

  • 表面プラズモン共鳴(SPR)または等温滴定カロリメトリー(ITC)による結合親和性の決定。
  • 基質識別能および生成物分布の解析。

機構的インサイトおよびデータレポーティング

  • 速度論的アウトカムと構造モデル/計算モデルとの相関付け。
  • 速度論曲線およびパラメータフィッティングの図示を含む包括的データ解析。
  • 技術報告書の作成および、必要に応じた追加最適化に関する提案(オプション)。

サービスワークフロー

Workflow diagram for high-throughput screening and activity profiling of rationally designed enzymes

成果物(アウトプット)

サービスモジュール 納品物
アッセイ開発 カスタム活性アッセイ、バリデーションデータ
ハイスループットスクリーニング 全バリアントの活性プロファイル
速度論的特性解析 KMkcatkcat/KMデータ、速度論曲線
安定性評価 熱/pH安定性データ
基質特異性解析 複数基質に対する結合および活性データ
最終報告 解釈を含む技術報告書一式

見積依頼

当社をパートナーに選ぶ理由

計算・実験の統合的専門性

合理的酵素設計と精密な実験的検証を組み合わせ、理論から機能へシームレスに接続します。

カスタマイズ可能なスクリーニング/アッセイ開発

社内の酵素学スペシャリストが、酵素固有の触媒機構および産業用途に合わせて各アッセイを最適化します。

包括的な速度論評価

詳細な速度論プロファイリングにより触媒挙動を定量的に把握し、追加エンジニアリングに向けた意思決定を支援します。

ハイスループットスクリーニング能力

自動化プラットフォームにより数千の酵素バリアントを迅速にスクリーニングし、精度を維持しつつプロジェクト期間を短縮します。

堅牢なデータ解釈と機構的インサイト

各プロジェクトで、速度論データを酵素構造および計算予測と相関付け、より深い機能的洞察を提供します。

信頼性の高い品質と機密保持

厳格な機密保持契約を維持し、厳格な品質基準に準拠することで、信頼性とデータインテグリティを確保します。

成功事例

事例1:活性向上を目的とした合理設計加水分解酵素バリアントのスクリーニング

顧客ニーズ:

産業用バイオ触媒企業が、ファインケミカル合成におけるエステル結合切断に使用される加水分解酵素の効率向上を求めていました。天然酵素は中程度の活性を示す一方で、嵩高い基質に対するターンオーバーが低く、より広い基質クラスへの商業展開を制限していました。

当社のアプローチ:

計算に基づく合理設計により、遷移状態の安定化と基質受容性の改善を狙って触媒三残基近傍の残基を標的とした加水分解酵素バリアントライブラリーを作製しました。ミニチュア化した蛍光スクリーニングアッセイを用い、数百のバリアントにわたり触媒ターンオーバーを迅速に評価しました。さらに、構造モデリングおよびRosettaベースのエネルギースコアリングを統合し、活性化障壁の低下と結合柔軟性の増加が予測される設計を優先的に選定しました。

結果:

触媒効率(kcat/KM)が3.5倍に向上し、より大きなエステル基質に対する耐性も顕著に改善した最上位バリアントを同定しました。本結果は、遷移状態安定化の強化という設計仮説を実証するとともに、産業合成ワークフローにおけるプロセス最適化の有力候補を提供しました。

事例2:耐熱性酸化還元酵素の速度論的特性解析

顧客ニーズ:

バイオ燃料生産向けに耐熱性酵素を開発するバイオテクノロジー企業が、高温プロセス条件下でも高い触媒活性を維持できる酸化還元酵素を必要としていました。野生型酵素は60°Cを超えると急速に変性し、バイオリアクター条件下での収率および安定性が低下していました。

当社のアプローチ:

構造ガイド下の合理設計により、酵素の疎水性コアを強化し、重要なループ領域における水素結合ネットワークを改善すると予測される特定変異を導入しました。発現・精製後、バリアントおよび野生型について、25~85°Cの温度範囲で詳細な速度論および熱力学的特性解析を実施しました。示差走査蛍光法(DSF)および定常状態速度論を用いて、耐熱性および触媒パラメータを定量化しました。

結果:

改変酸化還元酵素は、融解温度(Tm)が9°C上昇し、65°Cにおける触媒効率が野生型比で2倍となりました。これらの改善は構造安定化の成功を裏付け、高温バイオプロセシングにおける一貫した酵素性能を可能にし、酵素添加量および総製造コストの低減に寄与しました。

よくあるご質問

  • Q:どのような種類の酵素をスクリーニングおよび特性解析できますか?

    A:各機構に適したカスタム活性アッセイを用い、加水分解酵素、酸化還元酵素、転移酵素、リアーゼ、異性化酵素、リガーゼなど、主要な酵素クラス全般を評価可能です。
  • Q:1プロジェクトでどの程度の酵素バリアントをスクリーニングできますか?

    A:アッセイの複雑性および基質要件に応じて、数百~数千のバリアントを効率的に解析できます。
  • Q:新規または独自(プロプライエタリ)酵素向けにカスタムアッセイを設計できますか?

    A:可能です。当社の酵素学者が、酵素反応タイプに合わせて、比色、蛍光、またはクロマトグラフィーによる検出系を完全カスタムで開発します。
  • Q:どの速度論パラメータを提供しますか?

    A:KMkcat、Vmaxkcat/KMに加え、温度・pHプロファイル、ならびにMichaelis–Mentenまたは代替モデルに基づく詳細な速度論曲線フィッティングを報告します。
  • Q:結果の再現性はどのように担保していますか?

    A:すべてのアッセイは厳密に管理された条件下で複数リプリケートにより実施し、統計的バリデーションおよび誤差解析を最終報告書に含めます。
  • Q:これらの結果を次段階の酵素工学に統合できますか?

    A:可能です。機能データおよび速度論データは、次段階の改良に向けて、部位特異的変異導入ループ最適化、または指向性進化を直接的にガイドできます。
  • Q:プロジェクト開始にあたり、どのような情報が必要ですか?

    A:通常、酵素配列、構造モデルまたはPDBファイル(入手可能な場合)、および既知の活性/アッセイデータをご提供いただきます。その後、当社チームが詳細な実験計画を策定します。
  • Q:想定されるプロジェクト期間はどの程度ですか?

    A:プロジェクトの複雑性およびバリアント数により異なりますが、アッセイ立ち上げから最終報告まで、通常6~10週間を要します。

参考文献:

  1. Krishna NB, Roopa L, Pravin Kumar R, S GT. Computational studies on the catalytic potential of the double active site for enzyme engineering. Sci Rep. 2024;14(1):17892. doi:10.1038/s41598-024-60824-x

研究および産業用途にのみご使用ください。個人医療用途には適していません。一部の食品グレード製品は、食品および関連用途における処方開発に適しています。

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