JP7804285B2 - Fiber opening agent - Google Patents
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Description
本発明は、補強用繊維が複数本束ねられた繊維束とマトリックス樹脂とを含む繊維強化複合材に配合されて、前記繊維束の開繊を促進する、開繊剤に関する。 The present invention relates to a fiber-opening agent that is blended into a fiber-reinforced composite material containing a fiber bundle formed by bundling multiple reinforcing fibers and a matrix resin, and that promotes the opening of the fiber bundle.
従来から、高物性の合成樹脂材として、補強用繊維とマトリックス樹脂とを複合化した繊維強化複合材が多く用いられている。例えば特許文献1には、強化繊維の繊維束とマトリックス樹脂とを含有する繊維強化樹脂材料成形体が記載されている。 Fiber-reinforced composite materials, which combine reinforcing fibers with a matrix resin, have traditionally been widely used as high-performance synthetic resin materials. For example, Patent Document 1 describes a fiber-reinforced resin material molded body containing bundles of reinforcing fibers and a matrix resin.
繊維強化複合材では、繊維束と繊維束との間隙が大きいと、当該間隙に樹脂溜まりが形成され、機械物性が低下する場合がある。これに対して、特許文献1には、長尺の繊維束を開繊及び裁断することで、繊維含有率のバラツキの小さい繊維強化樹脂材料を製造する方法が提案されている。In fiber-reinforced composite materials, if the gaps between fiber bundles are large, resin pools may form in the gaps, resulting in reduced mechanical properties. In response to this, Patent Document 1 proposes a method for producing fiber-reinforced resin materials with minimal variation in fiber content by opening and cutting long fiber bundles.
しかし、特許文献1に記載の方法では、予め、繊維束を開繊及び裁断する必要があり、作業効率が低いという課題があった。However, the method described in Patent Document 1 required the fiber bundles to be opened and cut in advance, which resulted in low work efficiency.
本発明は、補強用繊維の繊維束及びマトリックス樹脂と共に繊維強化複合材に配合される開繊剤であって、複合化工程で補強用繊維の繊維束の開繊を促進可能な、開繊剤を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a fiber-opening agent that is blended into a fiber-reinforced composite material together with fiber bundles of reinforcing fibers and a matrix resin, and that can promote the opening of fiber bundles of reinforcing fibers during the compounding process.
本発明の一側面は、補強用繊維が複数本束ねられた繊維束とマトリックス樹脂とを含む繊維強化複合材に配合されて、前記繊維束の開繊を促進する開繊剤であって、構造タンパク質を含む、開繊剤。 One aspect of the present invention is a fiber-opening agent that is blended into a fiber-reinforced composite material containing a fiber bundle in which multiple reinforcing fibers are bundled together and a matrix resin to promote the opening of the fiber bundle, the fiber-opening agent containing a structural protein.
一態様に係る開繊剤は、上記構造タンパク質を短繊維として含んでいてよい。 In one embodiment, the opening agent may contain the above structural protein as short fibers.
一態様において、上記補強用繊維は短繊維であってよい。 In one aspect, the reinforcing fibers may be short fibers.
一態様において、上記補強用繊維は炭素繊維であってよい。 In one embodiment, the reinforcing fibers may be carbon fibers.
一態様において、上記構造タンパク質は、改変フィブロインを含んでいてよい。 In one aspect, the structural protein may include modified fibroin.
一態様において、上記構造タンパク質は、クモ糸フィブロインを含んでいてよい。 In one embodiment, the structural protein may include spider silk fibroin.
本発明によれば、補強用繊維の繊維束及びマトリックス樹脂と共に繊維強化複合材に配合される開繊剤であって、複合化工程で補強用繊維の繊維束の開繊を促進可能な、開繊剤が提供される。 The present invention provides a fiber-opening agent that is blended into a fiber-reinforced composite material together with fiber bundles of reinforcing fibers and a matrix resin, and that can promote the opening of the fiber bundles of reinforcing fibers during the compounding process.
以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。 The following describes in detail a preferred embodiment of the present invention.
本実施形態の開繊剤は、補強用繊維が複数本束ねられた繊維束とマトリックス樹脂とを含む繊維強化複合材に配合される開繊剤であって、補強用繊維の繊維束の開繊を促進する開繊剤である。本実施形態の開繊剤は、構造タンパク質を含む。 The opening agent of this embodiment is a fiber-reinforced composite material containing a fiber bundle of multiple reinforcing fibers and a matrix resin, and is an opening agent that promotes the opening of the reinforcing fiber bundles. The opening agent of this embodiment contains a structural protein.
構造タンパク質としては、例えば、クモ糸フィブロイン、絹糸フィブロイン、コラーゲン、レシリン、エラスチン及びケラチン、並びにこれらに由来するタンパク質等を挙げることができる。構造タンパク質は、天然由来のものでもよく、人為的に製造された人造タンパク質であってもよい。また、人造タンパク質のアミノ酸配列は、天然由来のタンパク質のアミノ酸配列と同一でも異なっていてもよい。 Examples of structural proteins include spider silk fibroin, silk fibroin, collagen, resilin, elastin, and keratin, as well as proteins derived from these. Structural proteins may be naturally occurring or artificially produced proteins. Furthermore, the amino acid sequence of the artificial protein may be the same as or different from the amino acid sequence of the naturally occurring protein.
構造タンパク質は、好ましくはフィブロインであり、より好ましくはクモ糸フィブロインである。 The structural protein is preferably fibroin, more preferably spider silk fibroin.
天然由来のクモ糸フィブロインとしては、例えば、大吐糸管しおり糸タンパク質、横糸タンパク質、及び小瓶状腺タンパク質等のクモ類が産生するクモ糸フィブロインが挙げられる。大吐糸管しおり糸は、結晶領域と非晶領域(無定形領域とも言う。)からなる繰り返し領域を持つため、高い応力と伸縮性を併せ持つ。クモ糸の横糸は、結晶領域を持たず、非晶領域からなる繰り返し領域を持つという特徴を有する。横糸は、大吐糸管しおり糸に比べると応力は劣るが、高い伸縮性を持つ。 Naturally occurring spider silk fibroin includes, for example, spider silk fibroin produced by spiders, such as major spindle dragline silk protein, weft silk protein, and small ampullate gland protein. Major spindle dragline silk has repeating regions consisting of crystalline and amorphous regions (also called amorphous regions), giving it both high stress and elasticity. Spider silk weft silk is characterized by having no crystalline regions and repeating regions consisting of amorphous regions. Weft silk has lower stress than major spindle dragline silk, but high elasticity.
大吐糸管しおり糸タンパク質は、クモの大瓶状腺で産生され、強靭性に優れるという特徴を有する。大吐糸管しおり糸タンパク質としては、例えば、アメリカジョロウグモ(Nephila clavipes)に由来する大瓶状腺スピドロインMaSp1及びMaSp2、並びに二ワオニグモ(Araneus diadematus)に由来するADF3及びADF4が挙げられる。ADF3は、ニワオニグモの2つの主要なしおり糸タンパク質の一つである。ADF3に由来するクモ糸タンパク質は、比較的合成し易く、また、強伸度及びタフネスの点で優れた特性を有する。Major spindle dragline silk proteins are produced in the major ampullate gland of spiders and are characterized by their excellent toughness. Examples of major spindle dragline silk proteins include the major ampullate gland spidroins MaSp1 and MaSp2 from the orb spider (Nephila clavipes), and ADF3 and ADF4 from the orb spider (Araneus diadematus). ADF3 is one of the two major dragline silk proteins of the orb spider. Spider silk proteins derived from ADF3 are relatively easy to synthesize and have excellent properties in terms of strength, elongation, and toughness.
横糸タンパク質は、クモの鞭毛状腺(flagelliform gland)で産生される。横糸タンパク質としては、例えばアメリカジョロウグモ(Nephila clavipes)に由来する鞭毛状絹タンパク質(flagelliform silk protein)が挙げられる。 Weft silk proteins are produced in the flagelliform glands of spiders. Examples of weft silk proteins include flagelliform silk proteins derived from the orb-weaver spider (Nephila clavipes).
クモ類が産生するクモ糸フィブロインの更なる例として、例えば、オニグモ、ニワオニグモ、アカオニグモ、アオオニグモ及びマメオニグモ等のオニグモ属(Araneus属)に属するクモ、ヤマシロオニグモ、イエオニグモ、ドヨウオニグモ及びサツマノミダマシ等のヒメオニグモ属(Neoscona属)に属するクモ、コオニグモモドキ等のコオニグモモドキ属(Pronus属)に属するクモ、トリノフンダマシ及びオオトリノフンダマシ等のトリノフンダマシ属(Cyrtarachne属)に属するクモ、トゲグモ及びチブサトゲグモ等のトゲグモ属(Gasteracantha属)に属するクモ、マメイタイセキグモ及びムツトゲイセキグモ等のイセキグモ属(Ordgarius属)に属するクモ、コガネグモ、コガタコガネグモ及びナガコガネグモ等のコガネグモ属(Argiope属)に属するクモ、キジロオヒキグモ等のオヒキグモ属(Arachnura属)に属するクモ、ハツリグモ等のハツリグモ属(Acusilas属)に属するクモ、スズミグモ、キヌアミグモ及びハラビロスズミグモ等のスズミグモ属(Cytophora属)に属するクモ、ゲホウグモ等のゲホウグモ属(Poltys属)に属するクモ、ゴミグモ、ヨツデゴミグモ、マルゴミグモ及びカラスゴミグモ等のゴミグモ属(Cyclosa属)に属するクモ、及びヤマトカナエグモ等のカナエグモ属(Chorizopes属)に属するクモが産生するスパイダーシルクタンパク質、並びにアシナガグモ、ヤサガタアシナガグモ、ハラビロアシダカグモ及びウロコアシナガグモ等のアシナガグモ属(Tetragnatha属)に属するクモ、オオシロカネグモ、チュウガタシロカネグモ及びコシロカネグモ等のシロカネグモ属(Leucauge属)に属するクモ、ジョロウグモ及びオオジョロウグモ等のジョロウグモ属(Nephila属)に属するクモ、キンヨウグモ等のアズミグモ属(Menosira属)に属するクモ、ヒメアシナガグモ等のヒメアシナガグモ属(Dyschiriognatha属)に属するクモ、クロゴケグモ、セアカゴケグモ、ハイイロゴケグモ及びジュウサンボシゴケグモ等のゴケグモ属(Latrodectus属)に属するクモ、及びユープロステノプス属(Euprosthenops属)に属するクモ等のアシナガグモ科(Tetragnathidae科)に属するクモが産生するスパイダーシルクタンパク質が挙げられる。Further examples of spider silk fibroin produced by spiders include spiders belonging to the Araneus genus, such as the orb spider, the garden spider, the red orb spider, the green orb spider, and the bean spider; spiders belonging to the Neoscona genus, such as the mountain orb spider, the house spider, the dun orb spider, and the Satsuma spider; spiders belonging to the Pronus genus, such as the little orb spider; spiders belonging to the Cyrtarachne genus, such as the avian orb spider and the large orb spider; spiders belonging to the Gypsy orb spider, such as the spiny orb spider and the stingray spider; spiders belonging to the genus Asteracantha, spiders belonging to the genus Ordgarius such as the orb-weaver spider and the black widow spider, spiders belonging to the genus Argiope such as the orb-weaver spider, spiders belonging to the genus Arachnura such as the brown recluse spider, spiders belonging to the genus Acusilas such as the scraping spider, spiders belonging to the genus Cytophora such as the orb-weaver spider, the orb-weaver spider and the black widow spider, spiders belonging to the genus Poltys such as the house spider spider silk proteins produced by spiders belonging to the genus Cyclosa, such as the Japanese bush spider, the four-headed bush spider, the Japanese bush spider, and the black bush spider, and spiders belonging to the genus Chorizopes, such as the Japanese bush spider; spiders belonging to the genus Tetragnatha, such as the long-legged spider, the long-legged spider, the broad-legged spider, and the scaly bush spider; spiders belonging to the genus Leucauge, such as the large-legged weaver spider, the small-legged weaver spider, and the white-legged weaver spider; and spider silk proteins produced by spiders belonging to the genus Orb-web spider, the orb-web spider, and the giant orb-web spider. spiders belonging to the genus Nephila such as Nephila sp., spiders belonging to the genus Menosira such as Golden Arrow spiders, spiders belonging to the genus Dyschiriognatha such as Small Red-legged Spiders, spiders belonging to the genus Latrodectus such as Black Widow Spiders, Red Back Spiders, Grey Widow Spiders and Three-spotted Widow Spiders, and spiders belonging to the family Tetragnathidae such as Euprosthenops genus.
クモ類が産生するスパイダーシルクタンパク質のより具体的な例としては、例えば、fibroin-3(adf-3)[Araneus diadematus由来](GenBankアクセッション番号AAC47010(アミノ酸配列)、U47855(塩基配列))、fibroin-4(adf-4)[Araneus diadematus由来](GenBankアクセッション番号AAC47011(アミノ酸配列)、U47856(塩基配列))、dragline silk protein spidroin 1[Nephila clavipes由来](GenBankアクセッション番号AAC04504(アミノ酸配列)、U37520(塩基配列))、major ampullate spidroin 1[Latrodectus hesperus由来](GenBankアクセッション番号ABR68856(アミノ酸配列)、EF595246(塩基配列))、dragline silk protein spidroin 2[Nephila clavata由来](GenBankアクセッション番号AAL32472(アミノ酸配列)、AF441245(塩基配列))、major ampullate spidroin 1[Euprosthenops australis由来](GenBankアクセッション番号CAJ00428(アミノ酸配列)、AJ973155(塩基配列))、及びmajor ampullate spidroin 2[Euprosthenops australis](GenBankアクセッション番号CAM32249.1(アミノ酸配列)、AM490169(塩基配列))、minor ampullate silk protein 1[Nephila clavipes](GenBankアクセッション番号AAC14589.1(アミノ酸配列))、minor ampullate silk protein 2[Nephila clavipes](GenBankアクセッション番号AAC14591.1(アミノ酸配列))、minor ampullate spidroin-like protein[Nephilengys cruentata](GenBankアクセッション番号ABR37278.1(アミノ酸配列)等が挙げられる。 More specific examples of spider silk proteins produced by spiders include fibroin-3 (adf-3) [derived from Araneus diadematus] (GenBank accession numbers AAC47010 (amino acid sequence), U47855 (nucleotide sequence)), fibroin-4 (adf-4) [derived from Araneus diadematus] (GenBank accession numbers AAC47011 (amino acid sequence), U47856 (nucleotide sequence)), dragline silk protein spidroin 1 [derived from Nephila clavipes] (GenBank accession numbers AAC04504 (amino acid sequence), U37520 (nucleotide sequence)), major amplify spidroin 1 [derived from Latrodectus hesperus] (GenBank accession numbers ABR68856 (amino acid sequence), EF595246 (nucleotide sequence)), dragline silk protein spidroin 2 [derived from Nephila clavata] (GenBank accession numbers AAL32472 (amino acid sequence), AF441245 (nucleotide sequence)), major ampullate spidroin 1 [derived from Eurosthenops australis] (GenBank accession numbers CAJ00428 (amino acid sequence), AJ973155 (nucleotide sequence)), and major ampullate spidroin 2 [derived from Eurosthenops australis] (GenBank accession number CAM32249.1 (amino acid sequence), AM490169 (nucleotide sequence)), minor ampullate silk protein 1 [Nephila clavipes] (GenBank accession number AAC14589.1 (amino acid sequence)), minor ampullate silk protein 2 [Nephila clavipes] (GenBank accession number AAC14591.1 (amino acid sequence)), minor ampullate spidroin-like protein [Nephila cruentata] (GenBank accession number ABR37278.1 (amino acid sequence) and the like.
フィブロインが、改変フィブロインであってもよい。改変フィブロインは、例えば、天然由来のフィブロインのアミノ酸配列に依拠してそのアミノ酸配列を改変したもの(例えば、クローニングした天然由来のフィブロインの遺伝子配列を改変することによりアミノ酸配列を改変したもの)であってもよく、また天然由来のフィブロインに依らず人工的に設計及び合成したもの(例えば、設計したアミノ酸配列をコードする核酸を化学合成することにより所望のアミノ酸配列を有するもの)であってもよい。 The fibroin may be a modified fibroin. The modified fibroin may be, for example, one whose amino acid sequence has been modified based on the amino acid sequence of naturally occurring fibroin (e.g., one whose amino acid sequence has been modified by modifying the gene sequence of a cloned naturally occurring fibroin), or one that has been artificially designed and synthesized without relying on naturally occurring fibroin (e.g., one having a desired amino acid sequence obtained by chemically synthesizing a nucleic acid that encodes a designed amino acid sequence).
改変フィブロインは、例えば、クローニングした天然由来のフィブロインの遺伝子配列に対し、例えば、1又は複数のアミノ酸残基を置換、欠失、挿入及び/又は付加したことに相当するアミノ酸配列の改変を行うことで得ることができる。アミノ酸残基の置換、欠失、挿入及び/又は付加は、部分特異的突然変異誘発法等の当業者に周知の方法により行うことができる。具体的には、Nucleic Acid Res.10,6487(1982)、Methods in Enzymology,100,448(1983)等の文献に記載されている方法に準じて行うことができる。Modified fibroin can be obtained, for example, by modifying the amino acid sequence of a cloned naturally occurring fibroin gene sequence, for example, by substituting, deleting, inserting, and/or adding one or more amino acid residues. Substitution, deletion, insertion, and/or addition of amino acid residues can be performed by methods well known to those skilled in the art, such as site-directed mutagenesis. Specifically, modifications can be performed in accordance with methods described in literature such as Nucleic Acid Res. 10, 6487 (1982) and Methods in Enzymology, 100, 448 (1983).
改変フィブロインは、例えば、式1:[(A)nモチーフ-REP]m、又は式2:[(A)nモチーフ-REP]m-(A)nモチーフで表されるドメイン配列を含むフィブロインであってもよい。改変フィブロインは、ドメイン配列のN末端側及びC末端側のいずれか一方又は両方に更にアミノ酸配列(N末端配列及びC末端配列)が付加されていてもよい。N末端配列及びC末端配列は、これに限定されるものではないが、典型的には、フィブロインに特徴的なアミノ酸モチーフの反復を有さない領域であり、100残基程度のアミノ酸からなる。 The modified fibroin may be, for example, a fibroin containing a domain sequence represented by formula 1: [(A)n motif-REP]m, or formula 2: [(A)n motif-REP]m-(A)n motif. The modified fibroin may have further amino acid sequences (N-terminal sequence and C-terminal sequence) added to either or both of the N-terminal and C-terminal sides of the domain sequence. The N-terminal sequence and C-terminal sequence are typically, but are not limited to, regions that do not contain repeats of the amino acid motif characteristic of fibroin and consist of approximately 100 amino acid residues.
本明細書において「ドメイン配列」とは、フィブロイン特有の結晶領域(典型的には、アミノ酸配列の(A)nモチーフに相当する。)と非晶領域(典型的には、アミノ酸配列のREPに相当する。)を生じるアミノ酸配列であり、式1:[(A)nモチーフ-REP]m、又は式2:[(A)nモチーフ-REP]m-(A)nモチーフで表されるアミノ酸配列を意味する。ここで、(A)nモチーフは、アラニン残基を主とするアミノ酸配列を示し、アミノ酸残基数は2~27である。(A)nモチーフのアミノ酸残基数は、2~20、4~27、4~20、8~20、10~20、4~16、8~16、又は10~16であってもよい。また、(A)nモチーフ中の全アミノ酸残基数に対するアラニン残基数の割合は40%以上であればよく、60%以上、70%以上、80%以上、83%以上、85%以上、86%以上、90%以上、95%以上、又は100%(アラニン残基のみで構成されることを意味する。)であってもよい。ドメイン配列中に複数存在する(A)nモチーフは、少なくとも7つがアラニン残基のみで構成されてもよい。REPは2~200アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示す。REPは、10~200アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列であってもよい。mは2~300の整数を示し、10~300の整数であってもよい。複数存在する(A)nモチーフは、互いに同一のアミノ酸配列でもよく、異なるアミノ酸配列でもよい。複数存在するREPは、互いに同一のアミノ酸配列でもよく、異なるアミノ酸配列でもよい。 As used herein, the term "domain sequence" refers to an amino acid sequence that generates a crystalline region (typically corresponding to the (A)n motif in the amino acid sequence) and an amorphous region (typically corresponding to the REP in the amino acid sequence) that are specific to fibroin, and refers to an amino acid sequence represented by formula 1: [(A)n motif-REP]m or formula 2: [(A)n motif-REP]m-(A)n motif. Here, the (A)n motif represents an amino acid sequence primarily composed of alanine residues, and contains 2 to 27 amino acid residues. The number of amino acid residues in the (A)n motif may be 2 to 20, 4 to 27, 4 to 20, 8 to 20, 10 to 20, 4 to 16, 8 to 16, or 10 to 16. Furthermore, the ratio of the number of alanine residues to the total number of amino acid residues in the (A)n motif may be 40% or more, and may be 60% or more, 70% or more, 80% or more, 83% or more, 85% or more, 86% or more, 90% or more, 95% or more, or 100% (meaning composed only of alanine residues). Of the (A)n motifs present in multiple instances in a domain sequence, at least seven may be composed only of alanine residues. REP represents an amino acid sequence composed of 2 to 200 amino acid residues. REP may also be an amino acid sequence composed of 10 to 200 amino acid residues. m represents an integer from 2 to 300, and may be an integer from 10 to 300. Multiple (A)n motifs may have the same amino acid sequence as each other or different amino acid sequences. Multiple REPs present may have the same amino acid sequence as each other or different amino acid sequences.
改変フィブロインの具体的な例として、クモの大瓶状腺で産生される大吐糸管しおり糸タンパク質に由来する改変フィブロイン(第1の改変フィブロイン)、グリシン残基の含有量が低減された改変フィブロイン(第2の改変フィブロイン)、(A)nモチーフの含有量が低減された改変フィブロイン(第3の改変フィブロイン)、グリシン残基の含有量、及び(A)nモチーフの含有量が低減された改変フィブロイン(第4の改変フィブロイン)、局所的に疎水性指標の大きい領域を含むドメイン配列を有する改変フィブロイン(第5の改変フィブロイン)、及びグルタミン残基の含有量が低減されたドメイン配列を有する改変フィブロイン(第6の改変フィブロイン)が挙げられる。 Specific examples of modified fibroins include modified fibroin derived from the major spinal dragline silk protein produced in the major ampullate gland of spiders (first modified fibroin), modified fibroin with a reduced content of glycine residues (second modified fibroin), modified fibroin with a reduced content of (A)n motifs (third modified fibroin), modified fibroin with a reduced content of glycine residues and (A)n motifs (fourth modified fibroin), modified fibroin with a domain sequence including regions with locally high hydrophobicity index (fifth modified fibroin), and modified fibroin with a domain sequence with a reduced content of glutamine residues (sixth modified fibroin).
クモの大瓶状腺で産生される大吐糸管しおり糸タンパク質に由来する改変フィブロイン(第1の改変フィブロイン)としては、式1:[(A)nモチーフ-REP]mで表されるドメイン配列を含むタンパク質が挙げられる。第1の改変フィブロインは、式1中、nは3~20の整数が好ましく、4~20の整数がより好ましく、8~20の整数が更に好ましく、10~20の整数が更により好ましく、4~16の整数が更によりまた好ましく、8~16の整数が特に好ましく、10~16の整数が最も好ましい。第1の改変フィブロインは、式1中、REPを構成するアミノ酸残基の数は、10~200残基であることが好ましく、10~150残基であることがより好ましく、20~100残基であることが更に好ましく、20~75残基であることが更により好ましい。第1の改変フィブロインは、式1:[(A)nモチーフ-REP]mで表されるアミノ酸配列中に含まれるグリシン残基、セリン残基及びアラニン残基の合計残基数がアミノ酸残基数全体に対して、40%以上であることが好ましく、60%以上であることがより好ましく、70%以上であることが更に好ましい。 A modified fibroin (first modified fibroin) derived from the major spinal dragline silk protein produced in the major ampullate gland of spiders includes a protein containing a domain sequence represented by formula 1: [(A)n motif-REP]m. In the first modified fibroin, n in formula 1 is preferably an integer from 3 to 20, more preferably an integer from 4 to 20, even more preferably an integer from 8 to 20, even more preferably an integer from 10 to 20, even more preferably an integer from 4 to 16, particularly preferably an integer from 8 to 16, and most preferably an integer from 10 to 16. In the first modified fibroin, the number of amino acid residues constituting REP in formula 1 is preferably 10 to 200, more preferably 10 to 150, even more preferably 20 to 100, and even more preferably 20 to 75. In the first modified fibroin, the total number of glycine residues, serine residues, and alanine residues contained in the amino acid sequence represented by formula 1: [(A)n motif-REP]m is preferably 40% or more, more preferably 60% or more, and even more preferably 70% or more, of the total number of amino acid residues.
第1の改変フィブロインは、式1:[(A)nモチーフ-REP]mで表されるアミノ酸配列の単位を含み、かつC末端配列が配列番号1~3のいずれかに示されるアミノ酸配列、又は配列番号1~3のいずれかに示されるアミノ酸配列と90%以上の相同性を有するアミノ酸配列である、タンパク質であってもよい。 The first modified fibroin may be a protein containing units of an amino acid sequence represented by formula 1: [(A)n motif-REP]m, and whose C-terminal sequence is an amino acid sequence shown in any of SEQ ID NOs: 1 to 3, or an amino acid sequence having 90% or more homology to an amino acid sequence shown in any of SEQ ID NOs: 1 to 3.
配列番号1に示されるアミノ酸配列は、ADF3(GI:1263287、NCBI)のアミノ酸配列のC末端の50残基のアミノ酸からなるアミノ酸配列と同一であり、配列番号2に示されるアミノ酸配列は、配列番号1に示されるアミノ酸配列のC末端から20残基取り除いたアミノ酸配列と同一であり、配列番号3に示されるアミノ酸配列は、配列番号1に示されるアミノ酸配列のC末端から29残基取り除いたアミノ酸配列と同一である。 The amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 is identical to the amino acid sequence consisting of the C-terminal 50 amino acid residues of the amino acid sequence of ADF3 (GI: 1263287, NCBI), the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 is identical to the amino acid sequence obtained by removing 20 residues from the C-terminus of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, and the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 is identical to the amino acid sequence obtained by removing 29 residues from the C-terminus of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1.
第1の改変フィブロインのより具体的な例として、(1-i)配列番号4で示されるアミノ酸配列、又は(1-ii)配列番号4で示されるアミノ酸配列と90%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列を含む、改変フィブロインを挙げることができる。配列同一性は、95%以上であることが好ましい。 A more specific example of the first modified fibroin is (1-i) a modified fibroin containing the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 4, or (1-ii) an amino acid sequence having 90% or more sequence identity with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 4. The sequence identity is preferably 95% or more.
配列番号4で示されるアミノ酸配列は、N末端に開始コドン、His10タグ及びHRV3Cプロテアーゼ(Human rhinovirus 3Cプロテアーゼ)認識サイトからなるアミノ酸配列(配列番号5)を付加したADF3のアミノ酸配列において、第1~13番目の反復領域をおよそ2倍になるように増やすとともに、翻訳が第1154番目アミノ酸残基で終止するように変異させたものである。配列番号4で示されるアミノ酸配列のC末端のアミノ酸配列は、配列番号3で示されるアミノ酸配列と同一である。 The amino acid sequence shown in SEQ ID NO:4 is an amino acid sequence of ADF3 to which an amino acid sequence (SEQ ID NO:5) consisting of an initiation codon, a His10 tag, and an HRV3C protease (human rhinovirus 3C protease) recognition site has been added at the N-terminus, with the repeat region from positions 1 to 13 approximately doubled and mutations made so that translation terminates at amino acid residue 1,154. The C-terminal amino acid sequence of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO:4 is identical to the amino acid sequence shown in SEQ ID NO:3.
(1-i)の改変フィブロインは、配列番号4で示されるアミノ酸配列からなるものであってもよい。 The modified fibroin (1-i) may consist of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 4.
グリシン残基の含有量が低減された改変フィブロイン(第2の改変フィブロイン)は、そのドメイン配列が、天然由来のクモ糸フィブロインと比較して、グリシン残基の含有量が低減されたアミノ酸配列を有する。第2の改変フィブロインは、天然由来のクモ糸フィブロインと比較して、少なくともREP中の1又は複数のグリシン残基が別のアミノ酸残基に置換されたことに相当するアミノ酸配列を有するものということができる。 A modified fibroin with a reduced content of glycine residues (second modified fibroin) has an amino acid sequence in which the domain sequence has a reduced content of glycine residues compared to naturally occurring spider silk fibroin. The second modified fibroin can be said to have an amino acid sequence in which, compared to naturally occurring spider silk fibroin, at least one or more glycine residues in REP have been replaced with another amino acid residue.
第2の改変フィブロインは、そのドメイン配列が、天然由来のクモ糸フィブロインと比較して、REP中のGGX及びGPGXX(但し、Gはグリシン残基、Pはプロリン残基、Xはグリシン以外のアミノ酸残基を示す。)から選ばれる少なくとも一つのモチーフ配列において、少なくとも1又は複数の当該モチーフ配列中の1つのグリシン残基が別のアミノ酸残基に置換されたことに相当するアミノ酸配列を有するものであってもよい。 The second modified fibroin may have an amino acid sequence whose domain sequence, compared to naturally occurring spider silk fibroin, corresponds to at least one motif sequence selected from GGX and GPGXX (where G represents a glycine residue, P represents a proline residue, and X represents an amino acid residue other than glycine) in REP, in which one glycine residue in at least one or more of the motif sequences has been replaced with another amino acid residue.
第2の改変フィブロインは、上述のグリシン残基が別のアミノ酸残基に置換されたモチーフ配列の割合が、全モチーフ配列に対して、10%以上であってもよい。 The second modified fibroin may have a proportion of motif sequences in which the above-mentioned glycine residues are replaced with other amino acid residues of 10% or more of the total motif sequences.
第2の改変フィブロインは、式1:[(A)nモチーフ-REP]mで表されるドメイン配列を含み、上記ドメイン配列から、最もC末端側に位置する(A)nモチーフから上記ドメイン配列のC末端までの配列を除いた配列中の全REPに含まれるXGX(但し、Xはグリシン以外のアミノ酸残基を示す。)からなるアミノ酸配列の総アミノ酸残基数をzとし、上記ドメイン配列から、最もC末端側に位置する(A)nモチーフから上記ドメイン配列のC末端までの配列を除いた配列中の総アミノ酸残基数をwとしたときに、z/wが30%以上、40%以上、50%以上又は50.9%以上であるアミノ酸配列を有するものであってもよい。(A)nモチーフ中の全アミノ酸残基数に対するアラニン残基数は83%以上であってよいが、86%以上であることが好ましく、90%以上であることがより好ましく、95%以上であることが更に好ましく、100%であること(アラニン残基のみで構成されることを意味する)が更により好ましい。The second modified fibroin may have an amino acid sequence comprising a domain sequence represented by formula 1: [(A)n motif-REP]m, in which z represents the total number of amino acid residues in an amino acid sequence consisting of XGX (where X represents an amino acid residue other than glycine) contained in all REPs in the domain sequence excluding the sequence from the C-terminal (A)n motif to the C-terminus of the domain sequence, and w represents the total number of amino acid residues in the domain sequence excluding the sequence from the C-terminal (A)n motif to the C-terminus of the domain sequence, with z/w being 30% or more, 40% or more, 50% or more, or 50.9% or more. The number of alanine residues relative to the total number of amino acid residues in the (A)n motif may be 83% or more, preferably 86% or more, more preferably 90% or more, even more preferably 95% or more, and even more preferably 100% (meaning composed exclusively of alanine residues).
第2の改変フィブロインは、GGXモチーフの1つのグリシン残基を別のアミノ酸残基に置換することにより、XGXからなるアミノ酸配列の含有割合を高めたものであることが好ましい。第2の改変フィブロインは、ドメイン配列中のGGXからなるアミノ酸配列の含有割合が30%以下であることが好ましく、20%以下であることがより好ましく、10%以下であることが更に好ましく、6%以下であることが更により好ましく、4%以下であることが更によりまた好ましく、2%以下であることが特に好ましい。ドメイン配列中のGGXからなるアミノ酸配列の含有割合は、下記XGXからなるアミノ酸配列の含有割合(z/w)の算出方法と同様の方法で算出することができる。 The second modified fibroin preferably has an increased content of the amino acid sequence consisting of XGX by substituting one glycine residue in the GGX motif with another amino acid residue. The second modified fibroin preferably has a content of the amino acid sequence consisting of GGX in the domain sequence of 30% or less, more preferably 20% or less, even more preferably 10% or less, even more preferably 6% or less, even more preferably 4% or less, and particularly preferably 2% or less. The content of the amino acid sequence consisting of GGX in the domain sequence can be calculated using a method similar to the method for calculating the content (z/w) of the amino acid sequence consisting of XGX below.
z/wの算出方法を更に詳細に説明する。まず、式1:[(A)nモチーフ-REP]mで表されるドメイン配列を含むクモ糸フィブロイン(改変フィブロイン)において、ドメイン配列から、最もC末端側に位置する(A)nモチーフからドメイン配列のC末端までの配列を除いた配列に含まれる全てのREPから、XGXからなるアミノ酸配列を抽出する。XGXを構成するアミノ酸残基の総数がzである。例えば、XGXからなるアミノ酸配列が50個抽出された場合(重複はなし)、zは50×3=150である。また、例えば、XGXGXからなるアミノ酸配列の場合のように2つのXGXに含まれるX(中央のX)が存在する場合は、重複分を控除して計算する(XGXGXの場合は5アミノ酸残基である)。wは、ドメイン配列から、最もC末端側に位置する(A)nモチーフからドメイン配列のC末端までの配列を除いた配列に含まれる総アミノ酸残基数である。例えば、図1に示したドメイン配列の場合、wは4+50+4+100+4+10+4+20+4+30=230である(最もC末端側に位置する(A)nモチーフは除いている。)。次に、zをwで除すことによって、z/w(%)を算出することができる。The method for calculating z/w will be explained in more detail. First, in spider silk fibroin (modified fibroin) containing a domain sequence represented by Formula 1: [(A)n motif-REP]m, amino acid sequences consisting of XGX are extracted from all REPs contained in the domain sequence, excluding the sequence from the (A)n motif located at the most C-terminal end to the C-terminus of the domain sequence. The total number of amino acid residues constituting XGX is z. For example, if 50 amino acid sequences consisting of XGX are extracted (no overlaps), z is 50 x 3 = 150. Furthermore, if there are Xs (middle Xs) contained in two XGXs, such as in the case of an amino acid sequence consisting of XGXGX, the overlaps are deducted from the calculation (5 amino acid residues in the case of XGXGX). w is the total number of amino acid residues contained in the sequence, excluding the sequence from the (A)n motif located at the most C-terminus to the C-terminus of the domain sequence. For example, in the case of the domain sequence shown in Figure 1, w is 4 + 50 + 4 + 100 + 4 + 10 + 4 + 20 + 4 + 30 = 230 (excluding the (A)n motif located at the most C-terminal side). Next, z/w (%) can be calculated by dividing z by w.
第2の改変フィブロインにおいて、z/wは、50.9%以上であることが好ましく、56.1%以上であることがより好ましく、58.7%以上であることが更に好ましく、70%以上であることが更により好ましく、80%以上であることが更によりまた好ましい。z/wの上限に特に制限はないが、例えば、95%以下であってもよい。 In the second modified fibroin, z/w is preferably 50.9% or more, more preferably 56.1% or more, even more preferably 58.7% or more, even more preferably 70% or more, and even more preferably 80% or more. There is no particular upper limit to z/w, but it may be, for example, 95% or less.
第2の改変フィブロインは、例えば、クローニングした天然由来のクモ糸フィブロインの遺伝子配列から、グリシン残基をコードする塩基配列の少なくとも一部を置換して別のアミノ酸残基をコードするように改変することにより得ることができる。このとき、改変するグリシン残基として、GGXモチーフ及びGPGXXモチーフにおける1つのグリシン残基を選択してもよいし、またz/wが50.9%以上になるように置換してもよい。また、例えば、天然由来のクモ糸フィブロインのアミノ酸配列から上記態様を満たすアミノ酸配列を設計し、設計したアミノ酸配列をコードする核酸を化学合成することにより得ることもできる。いずれの場合においても、天然由来のクモ糸フィブロインのアミノ酸配列からREP中のグリシン残基を別のアミノ酸残基に置換したことに相当する改変に加え、更に1又は複数のアミノ酸残基を置換、欠失、挿入及び/又は付加したことに相当するアミノ酸配列の改変を行ってもよい。The second modified fibroin can be obtained, for example, by substituting at least a portion of the base sequence encoding a glycine residue from the cloned gene sequence of naturally occurring spider silk fibroin, thereby modifying it so that it encodes a different amino acid residue. In this case, one glycine residue in the GGX motif or GPGXX motif may be selected as the modified glycine residue, or the substitution may be made so that the z/w ratio is 50.9% or greater. Alternatively, the second modified fibroin can be obtained by, for example, designing an amino acid sequence that satisfies the above-described requirements from the amino acid sequence of naturally occurring spider silk fibroin, and chemically synthesizing a nucleic acid encoding the designed amino acid sequence. In either case, in addition to the modification equivalent to substituting a glycine residue in REP with a different amino acid residue from the amino acid sequence of naturally occurring spider silk fibroin, the amino acid sequence may also be modified by substituting, deleting, inserting, and/or adding one or more amino acid residues.
上記の別のアミノ酸残基としては、グリシン残基以外のアミノ酸残基であれば特に制限はないが、バリン(V)残基、ロイシン(L)残基、イソロイシン(I)残基、メチオニン(M)残基、プロリン(P)残基、フェニルアラニン(F)残基及びトリプトファン(W)残基等の疎水性アミノ酸残基、グルタミン(Q)残基、アスパラギン(N)残基、セリン(S)残基、リシン(K)残基及びグルタミン酸(E)残基等の親水性アミノ酸残基が好ましく、バリン(V)残基、ロイシン(L)残基、イソロイシン(I)残基及びグルタミン(Q)残基がより好ましく、グルタミン(Q)残基が更に好ましい。 The other amino acid residue is not particularly limited as long as it is an amino acid residue other than a glycine residue, but hydrophobic amino acid residues such as valine (V) residue, leucine (L) residue, isoleucine (I) residue, methionine (M) residue, proline (P) residue, phenylalanine (F) residue, and tryptophan (W) residue, and hydrophilic amino acid residues such as glutamine (Q) residue, asparagine (N) residue, serine (S) residue, lysine (K) residue, and glutamic acid (E) residue are preferred, with valine (V) residue, leucine (L) residue, isoleucine (I) residue, and glutamine (Q) residue being even more preferred, and glutamine (Q) residue being even more preferred.
第2の改変フィブロインのより具体的な例として、(2-i)配列番号6、配列番号7、配列番号8若しくは配列番号9で示されるアミノ酸配列、又は(2-ii)配列番号6、配列番号7、配列番号8若しくは配列番号9で示されるアミノ酸配列と90%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列を含む、改変フィブロインを挙げることができる。 More specific examples of the second modified fibroin include (2-i) a modified fibroin comprising an amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 6, SEQ ID NO: 7, SEQ ID NO: 8, or SEQ ID NO: 9, or (2-ii) an amino acid sequence having 90% or more sequence identity with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 6, SEQ ID NO: 7, SEQ ID NO: 8, or SEQ ID NO: 9.
(2-i)の改変フィブロインについて説明する。配列番号6で示されるアミノ酸配列は、天然由来のクモ糸フィブロインに相当する配列番号10で示されるアミノ酸配列のREP中の全てのGGXをGQXに置換したものである。配列番号7で示されるアミノ酸配列は、配列番号6で示されるアミノ酸配列から、N末端側からC末端側に向かって2つおきに(A)nモチーフを欠失させ、更にC末端配列の手前に[(A)nモチーフ-REP]を1つ挿入したものである。配列番号8で示されるアミノ酸配列は、配列番号7で示されるアミノ酸配列の各(A)nモチーフのC末端側に2つのアラニン残基を挿入し、更に一部のグルタミン(Q)残基をセリン(S)残基に置換し、配列番号7の分子量とほぼ同じとなるようにN末端側の一部のアミノ酸を欠失させたものである。配列番号9で示されるアミノ酸配列は、配列番号11で示されるアミノ酸配列中に存在する20個のドメイン配列の領域(但し、当該領域のC末端側の数アミノ酸残基が置換されている。)を4回繰り返した配列のC末端にHisタグが付加されたものである。 The modified fibroin (2-i) will now be described. The amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 6 is obtained by replacing all GGX with GQX in the REP of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 10, which corresponds to naturally occurring spider silk fibroin. The amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 7 is obtained by deleting every third (A)n motif from the N-terminus to the C-terminus of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 6, and then inserting one [(A)n motif-REP] just before the C-terminus sequence. The amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 8 is obtained by inserting two alanine residues into the C-terminus of each (A)n motif of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 7, substituting some glutamine (Q) residues with serine (S) residues, and deleting some amino acids on the N-terminus so that the molecular weight is approximately the same as that of SEQ ID NO: 7. The amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 9 is a sequence in which a region of 20 domain sequences present in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 11 is repeated four times (however, several amino acid residues on the C-terminal side of the region have been substituted), and a His tag has been added to the C-terminus of the sequence.
配列番号10で示されるアミノ酸配列(天然由来のクモ糸フィブロインに相当)におけるz/wの値は、46.8%である。配列番号6で示されるアミノ酸配列、配列番号7で示されるアミノ酸配列、配列番号8で示されるアミノ酸配列、及び配列番号9で示されるアミノ酸配列におけるz/wの値は、それぞれ58.7%、70.1%、66.1%及び70.0%である。また、配列番号10、配列番号6、配列番号7、配列番号8及び配列番号9で示されるアミノ酸配列のギザ比率(後述する)1:1.8~11.3におけるx/yの値は、それぞれ15.0%、15.0%、93.4%、92.7%及び89.3%である。 The z/w value for the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 10 (corresponding to naturally occurring spider silk fibroin) is 46.8%. The z/w values for the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 6, SEQ ID NO: 7, SEQ ID NO: 8, and SEQ ID NO: 9 are 58.7%, 70.1%, 66.1%, and 70.0%, respectively. Furthermore, the x/y values at a Giza ratio (described below) of 1:1.8 to 11.3 for the amino acid sequences shown in SEQ ID NO: 10, SEQ ID NO: 6, SEQ ID NO: 7, SEQ ID NO: 8, and SEQ ID NO: 9 are 15.0%, 15.0%, 93.4%, 92.7%, and 89.3%, respectively.
(2-i)の改変フィブロインは、配列番号6、配列番号7、配列番号8又は配列番号9で示されるアミノ酸配列からなるものであってもよい。 The modified fibroin (2-i) may consist of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 6, SEQ ID NO: 7, SEQ ID NO: 8 or SEQ ID NO: 9.
(2-ii)の改変フィブロインは、配列番号6、配列番号7、配列番号8又は配列番号9で示されるアミノ酸配列と90%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列を含むものである。(2-ii)の改変フィブロインもまた、式1:[(A)nモチーフ-REP]mで表されるドメイン配列を含むタンパク質である。上記配列同一性は、95%以上であることが好ましい。 The modified fibroin (2-ii) contains an amino acid sequence that has 90% or more sequence identity with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 6, SEQ ID NO: 7, SEQ ID NO: 8, or SEQ ID NO: 9. The modified fibroin (2-ii) is also a protein that contains a domain sequence represented by formula 1: [(A)n motif-REP]m. The sequence identity is preferably 95% or more.
(2-ii)の改変フィブロインは、配列番号6、配列番号7、配列番号8又は配列番号9で示されるアミノ酸配列と90%以上の配列同一性を有し、かつREP中に含まれるXGX(但し、Xはグリシン以外のアミノ酸残基を示す。)からなるアミノ酸配列の総アミノ酸残基数をzとし、上記ドメイン配列中のREPの総アミノ酸残基数をwとしたときに、z/wが50.9%以上であることが好ましい。 The modified fibroin (2-ii) preferably has a sequence identity of 90% or more with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 6, SEQ ID NO: 7, SEQ ID NO: 8 or SEQ ID NO: 9, and when the total number of amino acid residues in the amino acid sequence consisting of XGX (where X represents an amino acid residue other than glycine) contained in REP is z and the total number of amino acid residues in REP in the above domain sequence is w, z/w is 50.9% or more.
第2の改変フィブロインは、N末端及びC末端のいずれか一方又は両方にタグ配列を含んでいてもよい。これにより、改変フィブロインの単離、固定化、検出及び可視化等が可能となる。 The second modified fibroin may contain a tag sequence at either or both of the N-terminus and C-terminus, which allows for the isolation, immobilization, detection, visualization, etc. of the modified fibroin.
タグ配列として、例えば、他の分子との特異的親和性(結合性、アフィニティ)を利用したアフィニティタグを挙げることができる。アフィニティタグの具体例として、ヒスチジンタグ(Hisタグ)を挙げることができる。Hisタグは、ヒスチジン残基が4から10個程度並んだ短いペプチドで、ニッケル等の金属イオンと特異的に結合する性質があるため、金属キレートクロマトグラフィー(chelating metal chromatography)による改変フィブロインの単離に利用することができる。タグ配列の具体例として、例えば、配列番号12で示されるアミノ酸配列(Hisタグ配列及びヒンジ配列を含むアミノ酸配列)が挙げられる。 Examples of tag sequences include affinity tags that utilize specific affinity (binding ability, affinity) with other molecules. A specific example of an affinity tag is a histidine tag (His tag). A His tag is a short peptide consisting of approximately 4 to 10 histidine residues, and has the property of specifically binding to metal ions such as nickel, making it useful for isolating modified fibroin by chelating metal chromatography. A specific example of a tag sequence is the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 12 (an amino acid sequence including a His tag sequence and a hinge sequence).
また、グルタチオンに特異的に結合するグルタチオン-S-トランスフェラーゼ(GST)、マルトースに特異的に結合するマルトース結合タンパク質(MBP)等のタグ配列を利用することもできる。 Tag sequences such as glutathione S-transferase (GST), which specifically binds to glutathione, and maltose binding protein (MBP), which specifically binds to maltose, can also be used.
さらに、抗原抗体反応を利用した「エピトープタグ」を利用することもできる。抗原性を示すペプチド(エピトープ)をタグ配列として付加することにより、当該エピトープに対する抗体を結合させることができる。エピトープタグとして、HA(インフルエンザウイルスのヘマグルチニンのペプチド配列)タグ、mycタグ、FLAGタグ等を挙げることができる。エピトープタグを利用することにより、高い特異性で容易に改変フィブロインを精製することができる。 Furthermore, "epitope tags" that utilize antigen-antibody reactions can also be used. By adding an antigenic peptide (epitope) as a tag sequence, antibodies specific to the epitope can be bound. Examples of epitope tags include HA (peptide sequence of influenza virus hemagglutinin) tags, myc tags, and FLAG tags. By using epitope tags, modified fibroin can be easily purified with high specificity.
さらにタグ配列を特定のプロテアーゼで切り離せるようにしたものも使用することができる。当該タグ配列を介して吸着したタンパク質をプロテアーゼ処理することにより、タグ配列を切り離した改変フィブロインを回収することもできる。 Furthermore, a tag sequence that can be cleaved with a specific protease can also be used. By treating the protein adsorbed via the tag sequence with a protease, the modified fibroin from which the tag sequence has been cleaved can be recovered.
タグ配列を含む第2の改変フィブロインのより具体的な例として、(2-iii)配列番号13、配列番号11、配列番号14若しく配列番号15で示されるアミノ酸配列、又は(2-iv)配列番号13、配列番号11、配列番号14若しく配列番号15で示されるアミノ酸配列と90%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列を含む、改変フィブロインを挙げることができる。 More specific examples of the second modified fibroin containing a tag sequence include (2-iii) a modified fibroin containing an amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 13, SEQ ID NO: 11, SEQ ID NO: 14, or SEQ ID NO: 15, or (2-iv) an amino acid sequence having 90% or more sequence identity with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 13, SEQ ID NO: 11, SEQ ID NO: 14, or SEQ ID NO: 15.
配列番号16、配列番号17、配列番号13、配列番号11、配列番号14及び配列番号15で示されるアミノ酸配列は、それぞれ配列番号10、配列番号18、配列番号6、配列番号7、配列番号8及び配列番号9で示されるアミノ酸配列のN末端に配列番号12で示されるアミノ酸配列(Hisタグ配列及びヒンジ配列を含む)を付加したものである。 The amino acid sequences shown in SEQ ID NO: 16, SEQ ID NO: 17, SEQ ID NO: 13, SEQ ID NO: 11, SEQ ID NO: 14 and SEQ ID NO: 15 are obtained by adding the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 12 (including a His tag sequence and hinge sequence) to the N-terminus of the amino acid sequences shown in SEQ ID NO: 10, SEQ ID NO: 18, SEQ ID NO: 6, SEQ ID NO: 7, SEQ ID NO: 8 and SEQ ID NO: 9, respectively.
(2-iii)の改変フィブロインは、配列番号13、配列番号11、配列番号14又は配列番号15で示されるアミノ酸配列からなるものであってもよい。 The modified fibroin (2-iii) may consist of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 13, SEQ ID NO: 11, SEQ ID NO: 14 or SEQ ID NO: 15.
(2-iv)の改変フィブロインは、配列番号13、配列番号11、配列番号14又は配列番号15で示されるアミノ酸配列と90%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列を含むものである。(2-iv)の改変フィブロインもまた、式1:[(A)nモチーフ-REP]mで表されるドメイン配列を含むタンパク質である。上記配列同一性は、95%以上であることが好ましい。 The modified fibroin (2-iv) comprises an amino acid sequence having 90% or more sequence identity with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 13, SEQ ID NO: 11, SEQ ID NO: 14, or SEQ ID NO: 15. The modified fibroin (2-iv) is also a protein comprising a domain sequence represented by formula 1: [(A)n motif-REP]m. The sequence identity is preferably 95% or more.
(2-iv)の改変フィブロインは、配列番号13、配列番号11、配列番号14又は配列番号15で示されるアミノ酸配列と90%以上の配列同一性を有し、かつREP中に含まれるXGX(但し、Xはグリシン以外のアミノ酸残基を示す。)からなるアミノ酸配列の総アミノ酸残基数をzとし、上記ドメイン配列中のREPの総アミノ酸残基数をwとしたときに、z/wが50.9%以上であることが好ましい。 The modified fibroin (2-iv) preferably has a sequence identity of 90% or more with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 13, SEQ ID NO: 11, SEQ ID NO: 14 or SEQ ID NO: 15, and has a z/w ratio of 50.9% or more, where z is the total number of amino acid residues in the amino acid sequence consisting of XGX (where X represents an amino acid residue other than glycine) contained in REP, and w is the total number of amino acid residues in REP in the domain sequence.
第2の改変フィブロインは、組換えタンパク質生産系において生産されたタンパク質を宿主の外部に放出するための分泌シグナルを含んでいてもよい。分泌シグナルの配列は、宿主の種類に応じて適宜設定することができる。 The second modified fibroin may contain a secretion signal for releasing the protein produced in the recombinant protein production system outside the host. The sequence of the secretion signal can be appropriately set depending on the type of host.
(A)nモチーフの含有量が低減された改変フィブロイン(第3の改変フィブロイン)は、そのドメイン配列が、天然由来のクモ糸フィブロインと比較して、(A)nモチーフの含有量が低減されたアミノ酸配列を有する。第3の改変フィブロインのドメイン配列は、天然由来のクモ糸フィブロインと比較して、少なくとも1又は複数の(A)nモチーフが欠失したことに相当するアミノ酸配列を有するものということができる。 A modified fibroin with a reduced content of (A)n motifs (third modified fibroin) has an amino acid sequence in which the content of (A)n motifs is reduced compared to naturally occurring spider silk fibroin. The domain sequence of the third modified fibroin can be said to have an amino acid sequence corresponding to the deletion of at least one or more (A)n motifs compared to naturally occurring spider silk fibroin.
第3の改変フィブロインは、天然由来のクモ糸フィブロインから(A)nモチーフを10~40%欠失させたことに相当するアミノ酸配列を有するものであってもよい。 The third modified fibroin may have an amino acid sequence corresponding to a deletion of 10 to 40% of the (A)n motif from naturally occurring spider silk fibroin.
第3の改変フィブロインは、そのドメイン配列が、天然由来のクモ糸フィブロインと比較して、少なくともN末端側からC末端側に向かって1~3つの(A)nモチーフ毎に1つの(A)nモチーフが欠失したことに相当するアミノ酸配列を有するものであってもよい。 The third modified fibroin may have an amino acid sequence whose domain sequence corresponds to the deletion of one (A)n motif from at least the N-terminus to the C-terminus for every one to three (A)n motifs, compared to naturally occurring spider silk fibroin.
第3の改変フィブロインは、そのドメイン配列が、天然由来のクモ糸フィブロインと比較して、少なくともN末端側からC末端側に向かって2つ連続した(A)nモチーフの欠失、及び1つの(A)nモチーフの欠失がこの順に繰り返されたことに相当するアミノ酸配列を有するものであってもよい。 The third modified fibroin may have an amino acid sequence whose domain sequence, compared to naturally occurring spider silk fibroin, corresponds to the deletion of at least two consecutive (A)n motifs from the N-terminus to the C-terminus, and one (A)n motif repeated in this order.
第3の改変フィブロインは、そのドメイン配列が、少なくともN末端側からC末端側に向かって2つおきに(A)nモチーフが欠失したことに相当するアミノ酸配列を有するものであってもよい。 The third modified fibroin may have an amino acid sequence in which its domain sequence is such that at least every third (A)n motif is deleted from the N-terminus to the C-terminus.
第3の改変フィブロインは、式1:[(A)nモチーフ-REP]mで表されるドメイン配列を含み、N末端側からC末端側に向かって、隣合う2つの[(A)nモチーフ-REP]ユニットのREPのアミノ酸残基数を順次比較して、アミノ酸残基数が少ないREPのアミノ酸残基数を1としたとき、他方のREPのアミノ酸残基数の比が1.8~11.3となる隣合う2つの[(A)nモチーフ-REP]ユニットのアミノ酸残基数を足し合わせた合計値の最大値をxとし、ドメイン配列の総アミノ酸残基数をyとしたときに、x/yが20%以上、30%以上、40%以上又は50%以上であるアミノ酸配列を有するものであってもよい。(A)nモチーフ中の全アミノ酸残基数に対するアラニン残基数は83%以上であってよいが、86%以上であることが好ましく、90%以上であることがより好ましく、95%以上であることが更に好ましく、100%であること(アラニン残基のみで構成されることを意味する)が更により好ましい。The third modified fibroin may have an amino acid sequence comprising a domain sequence represented by formula 1: [(A)n-motif-REP]m, and may have an amino acid sequence in which, when the numbers of amino acid residues in the REP of two adjacent [(A)n-motif-REP] units are compared sequentially from the N-terminus to the C-terminus, the ratio of the number of amino acid residues in the REP of the REP with the fewer amino acid residues is defined as 1, and the maximum sum of the numbers of amino acid residues in two adjacent [(A)n-motif-REP] units such that the ratio of the number of amino acid residues in the other REP is 1.8 to 11.3 is defined as x, and the total number of amino acid residues in the domain sequence is defined as y, such that x/y is 20% or more, 30% or more, 40% or more, or 50% or more. The number of alanine residues relative to the total number of amino acid residues in the (A)n-motif may be 83% or more, but is preferably 86% or more, more preferably 90% or more, even more preferably 95% or more, and even more preferably 100% (meaning composed exclusively of alanine residues).
x/yの算出方法を、図1を参照しながら更に詳細に説明する。図1には、クモ糸フィブロインからN末端配列及びC末端配列を除いたドメイン配列を示す。当該ドメイン配列は、N末端側(左側)から(A)nモチーフ-第1のREP(50アミノ酸残基)-(A)nモチーフ-第2のREP(100アミノ酸残基)-(A)nモチーフ-第3のREP(10アミノ酸残基)-(A)nモチーフ-第4のREP(20アミノ酸残基)-(A)nモチーフ-第5のREP(30アミノ酸残基)-(A)nモチーフという配列を有する。 The method for calculating x/y will be explained in more detail with reference to Figure 1. Figure 1 shows the domain sequence of spider silk fibroin excluding the N-terminal and C-terminal sequences. The domain sequence has the following sequence from the N-terminus (left side): (A)n motif - first REP (50 amino acid residues) - (A)n motif - second REP (100 amino acid residues) - (A)n motif - third REP (10 amino acid residues) - (A)n motif - fourth REP (20 amino acid residues) - (A)n motif - fifth REP (30 amino acid residues) - (A)n motif.
隣り合う2つの[(A)nモチーフ-REP]ユニットは、重複がないように、N末端側からC末端側に向かって、順次選択する。このとき、選択されない[(A)nモチーフ-REP]ユニットが存在してもよい。図1には、パターン1(第1のREPと第2のREPの比較、及び第3のREPと第4のREPの比較)、パターン2(第1のREPと第2のREPの比較、及び第4のREPと第5のREPの比較)、パターン3(第2のREPと第3のREPの比較、及び第4のREPと第5のREPの比較)、パターン4(第1のREPと第2のREPの比較)を示した。なお、これ以外にも選択方法は存在する。 Two adjacent [(A)n motif-REP] units are selected sequentially from the N-terminus to the C-terminus, with no overlap. At this time, some [(A)n motif-REP] units may not be selected. Figure 1 shows Pattern 1 (comparison of the first REP with the second REP, and the third REP with the fourth REP), Pattern 2 (comparison of the first REP with the second REP, and the fourth REP with the fifth REP), Pattern 3 (comparison of the second REP with the third REP, and the fourth REP with the fifth REP), and Pattern 4 (comparison of the first REP with the second REP). Note that other selection methods also exist.
次に各パターンについて、選択した隣り合う2つの[(A)nモチーフ-REP]ユニット中の各REPのアミノ酸残基数を比較する。比較は、よりアミノ酸残基数の少ない方を1としたときの、他方のアミノ酸残基数の比を求めることによって行う。例えば、第1のREP(50アミノ酸残基)と第2のREP(100アミノ酸残基)の比較の場合、よりアミノ酸残基数の少ない第1のREPを1としたとき、第2のREPのアミノ酸残基数の比は、100/50=2である。同様に、第4のREP(20アミノ酸残基)と第5のREP(30アミノ酸残基)の比較の場合、よりアミノ酸残基数の少ない第4のREPを1としたとき、第5のREPのアミノ酸残基数の比は、30/20=1.5である。Next, for each pattern, the number of amino acid residues in each REP in the two selected adjacent [(A)n motif-REP] units is compared. The comparison is performed by determining the ratio of the number of amino acid residues in the one with the fewer amino acid residues, where the number of amino acid residues in the other is set to 1. For example, when comparing the first REP (50 amino acid residues) with the second REP (100 amino acid residues), the ratio of the number of amino acid residues in the second REP is 100/50 = 2 when the number of amino acid residues in the first REP, which has the fewer amino acid residues, is set to 1. Similarly, when comparing the fourth REP (20 amino acid residues) with the fifth REP (30 amino acid residues), the ratio of the number of amino acid residues in the fifth REP is 30/20 = 1.5 when the number of amino acid residues in the fourth REP, which has the fewer amino acid residues, is set to 1.
図1中、よりアミノ酸残基数の少ない方を1としたときに、他方のアミノ酸残基数の比が1.8~11.3となる[(A)nモチーフ-REP]ユニットの組を実線で示した。以下このような比をギザ比率と呼ぶ。よりアミノ酸残基数の少ない方を1としたときに、他方のアミノ酸残基数の比が1.8未満又は11.3超となる[(A)nモチーフ-REP]ユニットの組は破線で示した。 In Figure 1, pairs of [(A)n motif-REP] units where the ratio of the number of amino acid residues in the other unit to the number of amino acid residues in the unit with the fewer residues is 1 is shown by solid lines. Hereinafter, such ratios will be referred to as Giza ratios. Pairs of [(A)n motif-REP] units where the ratio of the number of amino acid residues in the other unit to the number of amino acid residues in the unit with the fewer residues is 1 is shown by dashed lines.
各パターンにおいて、実線で示した隣り合う2つの[(A)nモチーフ-REP]ユニットの全てのアミノ酸残基数を足し合わせる(REPのみではなく、(A)nモチーフのアミノ酸残基数もである。)。そして、足し合わせた合計値を比較して、当該合計値が最大となるパターンの合計値(合計値の最大値)をxとする。図1に示した例では、パターン1の合計値が最大である。 For each pattern, the total number of amino acid residues in the two adjacent [(A)n motif-REP] units indicated by solid lines is added together (not only the number of REP but also the number of amino acid residues in the (A)n motif). The total sums are then compared, and the total value (maximum total value) of the pattern with the largest total value is designated as x. In the example shown in Figure 1, the total value of pattern 1 is the largest.
次に、xをドメイン配列の総アミノ酸残基数yで除すことによって、x/y(%)を算出することができる。 Next, x/y (%) can be calculated by dividing x by the total number of amino acid residues y in the domain sequence.
第3の改変フィブロインにおいて、x/yは、50%以上であることが好ましく、60%以上であることがより好ましく、65%以上であることが更に好ましく、70%以上であることが更により好ましく、75%以上であることが更によりまた好ましく、80%以上であることが特に好ましい。x/yの上限に特に制限はなく、例えば、100%以下であってよい。ギザ比率が1:1.9~11.3の場合には、x/yは89.6%以上であることが好ましく、ギザ比率が1:1.8~3.4の場合には、x/yは77.1%以上であることが好ましく、ギザ比率が1:1.9~8.4の場合には、x/yは75.9%以上であることが好ましく、ギザ比率が1:1.9~4.1の場合には、x/yは64.2%以上であることが好ましい。 In the third modified fibroin, x/y is preferably 50% or more, more preferably 60% or more, even more preferably 65% or more, even more preferably 70% or more, even more preferably 75% or more, and particularly preferably 80% or more. There is no particular upper limit to x/y, and it may be, for example, 100% or less. When the knurling ratio is 1:1.9 to 11.3, x/y is preferably 89.6% or more. When the knurling ratio is 1:1.8 to 3.4, x/y is preferably 77.1% or more. When the knurling ratio is 1:1.9 to 8.4, x/y is preferably 75.9% or more. When the knurling ratio is 1:1.9 to 4.1, x/y is preferably 64.2% or more.
第3の改変フィブロインが、ドメイン配列中に複数存在する(A)nモチーフの少なくとも7つがアラニン残基のみで構成される改変フィブロインである場合、x/yは、46.4%以上であることが好ましく、50%以上であることがより好ましく、55%以上であることが更に好ましく、60%以上であることが更により好ましく、70%以上であることが更によりまた好ましく、80%以上であることが特に好ましい。x/yの上限に特に制限はなく、100%以下であればよい。 When the third modified fibroin is a modified fibroin in which at least seven of the (A)n motifs present in the domain sequence are composed solely of alanine residues, x/y is preferably 46.4% or more, more preferably 50% or more, even more preferably 55% or more, even more preferably 60% or more, even more preferably 70% or more, and particularly preferably 80% or more. There is no particular upper limit to x/y, as long as it is 100% or less.
第3の改変フィブロインは、例えば、クローニングした天然由来のクモ糸フィブロインの遺伝子配列から、x/yが64.2%以上になるように(A)nモチーフをコードする配列の1又は複数を欠失させることにより得ることができる。また、例えば、天然由来のクモ糸フィブロインのアミノ酸配列から、x/yが64.2%以上になるように1又は複数の(A)nモチーフが欠失したことに相当するアミノ酸配列を設計し、設計したアミノ酸配列をコードする核酸を化学合成することにより得ることもできる。いずれの場合においても、天然由来のクモ糸フィブロインのアミノ酸配列から(A)nモチーフが欠失したことに相当する改変に加え、更に1又は複数のアミノ酸残基を置換、欠失、挿入及び/又は付加したことに相当するアミノ酸配列の改変を行ってもよい。 The third modified fibroin can be obtained, for example, by deleting one or more sequences encoding the (A)n motif from the gene sequence of cloned naturally occurring spider silk fibroin so that x/y is 64.2% or greater. Alternatively, for example, it can be obtained by designing an amino acid sequence corresponding to the deletion of one or more (A)n motifs from the amino acid sequence of naturally occurring spider silk fibroin so that x/y is 64.2% or greater, and chemically synthesizing a nucleic acid encoding the designed amino acid sequence. In either case, in addition to the modification corresponding to the deletion of the (A)n motif from the amino acid sequence of naturally occurring spider silk fibroin, the amino acid sequence may also be modified by substituting, deleting, inserting, and/or adding one or more amino acid residues.
第3の改変フィブロインのより具体的な例として、(3-i)配列番号18、配列番号7、配列番号8若しくは配列番号9で示されるアミノ酸配列、又は(3-ii)配列番号18、配列番号7、配列番号8若しくは配列番号9で示されるアミノ酸配列と90%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列を含む、改変フィブロインを挙げることができる。 More specific examples of the third modified fibroin include (3-i) a modified fibroin comprising an amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 18, SEQ ID NO: 7, SEQ ID NO: 8, or SEQ ID NO: 9, or (3-ii) an amino acid sequence having 90% or more sequence identity with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 18, SEQ ID NO: 7, SEQ ID NO: 8, or SEQ ID NO: 9.
(3-i)の改変フィブロインについて説明する。配列番号18で示されるアミノ酸配列は、天然由来のクモ糸フィブロインに相当する配列番号10で示されるアミノ酸配列から、N末端側からC末端側に向かって2つおきに(A)nモチーフを欠失させ、更にC末端配列の手前に[(A)nモチーフ-REP]を1つ挿入したものである。配列番号7で示されるアミノ酸配列は、配列番号18で示されるアミノ酸配列のREP中の全てのGGXをGQXに置換したものである。配列番号8で示されるアミノ酸配列は、配列番号7で示されるアミノ酸配列の各(A)nモチーフのC末端側に2つのアラニン残基を挿入し、更に一部のグルタミン(Q)残基をセリン(S)残基に置換し、配列番号7の分子量とほぼ同じとなるようにN末端側の一部のアミノ酸を欠失させたものである。配列番号9で示されるアミノ酸配列は、配列番号11で示されるアミノ酸配列中に存在する20個のドメイン配列の領域(但し、当該領域のC末端側の数アミノ酸残基が置換されている。)を4回繰り返した配列のC末端にHisタグが付加されたものである。 The modified fibroin (3-i) will now be described. The amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 18 is obtained by deleting every third (A)n motif from the N-terminus to the C-terminus of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 10, which corresponds to naturally occurring spider silk fibroin, and then inserting one [(A)n motif-REP] just before the C-terminus. The amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 7 is obtained by replacing all GGX in the REP of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 18 with GQX. The amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 8 is obtained by inserting two alanine residues into the C-terminus of each (A)n motif of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 7, substituting some glutamine (Q) residues with serine (S) residues, and deleting some amino acids on the N-terminus so that the molecular weight is approximately the same as that of SEQ ID NO: 7. The amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 9 is a sequence in which a region of 20 domain sequences present in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 11 is repeated four times (however, several amino acid residues on the C-terminal side of the region have been substituted), and a His tag has been added to the C-terminus of the sequence.
配列番号10で示されるアミノ酸配列(天然由来のクモ糸フィブロインに相当)のギザ比率1:1.8~11.3におけるx/yの値は15.0%である。配列番号18で示されるアミノ酸配列、及び配列番号7で示されるアミノ酸配列におけるx/yの値は、いずれも93.4%である。配列番号8で示されるアミノ酸配列におけるx/yの値は、92.7%である。配列番号9で示されるアミノ酸配列におけるx/yの値は、89.3%である。配列番号10、配列番号18、配列番号7、配列番号8及び配列番号9で示されるアミノ酸配列におけるz/wの値は、それぞれ46.8%、56.2%、70.1%、66.1%及び70.0%である。 The x/y value for the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 10 (corresponding to naturally occurring spider silk fibroin) at a jaggedness ratio of 1:1.8-11.3 is 15.0%. The x/y values for the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 18 and the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 7 are both 93.4%. The x/y value for the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 8 is 92.7%. The x/y value for the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 9 is 89.3%. The z/w values for the amino acid sequences shown in SEQ ID NO: 10, SEQ ID NO: 18, SEQ ID NO: 7, SEQ ID NO: 8, and SEQ ID NO: 9 are 46.8%, 56.2%, 70.1%, 66.1%, and 70.0%, respectively.
(3-i)の改変フィブロインは、配列番号18、配列番号7、配列番号8又は配列番号9で示されるアミノ酸配列からなるものであってもよい。 The modified fibroin (3-i) may consist of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 18, SEQ ID NO: 7, SEQ ID NO: 8 or SEQ ID NO: 9.
(3-ii)の改変フィブロインは、配列番号18、配列番号7、配列番号8又は配列番号9で示されるアミノ酸配列と90%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列を含むものである。(3-ii)の改変フィブロインもまた、式1:[(A)nモチーフ-REP]mで表されるドメイン配列を含むタンパク質である。上記配列同一性は、95%以上であることが好ましい。 The modified fibroin (3-ii) contains an amino acid sequence that has 90% or more sequence identity with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 18, SEQ ID NO: 7, SEQ ID NO: 8, or SEQ ID NO: 9. The modified fibroin (3-ii) is also a protein that contains a domain sequence represented by formula 1: [(A)n motif-REP]m. The sequence identity is preferably 95% or more.
(3-ii)の改変フィブロインは、配列番号18、配列番号7、配列番号8又は配列番号9で示されるアミノ酸配列と90%以上の配列同一性を有し、かつN末端側からC末端側に向かって、隣り合う2つの[(A)nモチーフ-REP]ユニットのREPのアミノ酸残基数を順次比較して、アミノ酸残基数が少ないREPのアミノ酸残基数を1としたとき、他方のREPのアミノ酸残基数の比が1.8~11.3(ギザ比率が1:1.8~11.3)となる隣合う2つの[(A)nモチーフ-REP]ユニットのアミノ酸残基数を足し合わせた合計値の最大値をxとし、ドメイン配列の総アミノ酸残基数をyとしたときに、x/yが64.2%以上であることが好ましい。 The modified fibroin (3-ii) preferably has a sequence identity of 90% or more with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 18, SEQ ID NO: 7, SEQ ID NO: 8 or SEQ ID NO: 9, and when the numbers of amino acid residues in the REP of two adjacent [(A)n motif-REP] units are compared sequentially from the N-terminus to the C-terminus, and the number of amino acid residues in the REP with the fewer amino acid residues is set to 1, the maximum value of the sum of the numbers of amino acid residues in two adjacent [(A)n motif-REP] units in which the ratio of the number of amino acid residues in the other REP is 1.8 to 11.3 (Giza ratio of 1:1.8 to 11.3) is defined as x, and y is the total number of amino acid residues in the domain sequence, and x/y is 64.2% or more.
第3の改変フィブロインは、N末端及びC末端のいずれか一方又は両方に上述したタグ配列を含んでいてもよい。 The third modified fibroin may contain the above-mentioned tag sequence at either or both the N-terminus and C-terminus.
タグ配列を含む第3の改変フィブロインのより具体的な例として、(3-iii)配列番号17、配列番号11、配列番号14若しくは配列番号15で示されるアミノ酸配列、又は(3-iv)配列番号17、配列番号11、配列番号14若しくは配列番号15で示されるアミノ酸配列と90%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列を含む、改変フィブロインを挙げることができる。 More specific examples of the third modified fibroin containing a tag sequence include (3-iii) a modified fibroin containing an amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 17, SEQ ID NO: 11, SEQ ID NO: 14, or SEQ ID NO: 15, or (3-iv) an amino acid sequence having 90% or more sequence identity with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 17, SEQ ID NO: 11, SEQ ID NO: 14, or SEQ ID NO: 15.
配列番号16、配列番号17、配列番号13、配列番号11、配列番号14及び配列番号15で示されるアミノ酸配列は、それぞれ配列番号10、配列番号18、配列番号6、配列番号7、配列番号8及び配列番号9で示されるアミノ酸配列のN末端に配列番号12で示されるアミノ酸配列(Hisタグ配列及びヒンジ配列を含む)を付加したものである。 The amino acid sequences shown in SEQ ID NO: 16, SEQ ID NO: 17, SEQ ID NO: 13, SEQ ID NO: 11, SEQ ID NO: 14 and SEQ ID NO: 15 are obtained by adding the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 12 (including a His tag sequence and hinge sequence) to the N-terminus of the amino acid sequences shown in SEQ ID NO: 10, SEQ ID NO: 18, SEQ ID NO: 6, SEQ ID NO: 7, SEQ ID NO: 8 and SEQ ID NO: 9, respectively.
(3-iii)の改変フィブロインは、配列番号17、配列番号11、配列番号14又は配列番号15で示されるアミノ酸配列からなるものであってもよい。 The modified fibroin (3-iii) may consist of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 17, SEQ ID NO: 11, SEQ ID NO: 14 or SEQ ID NO: 15.
(3-iv)の改変フィブロインは、配列番号17、配列番号11、配列番号14又は配列番号15で示されるアミノ酸配列と90%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列を含むものである。(3-iv)の改変フィブロインもまた、式1:[(A)nモチーフ-REP]mで表されるドメイン配列を含むタンパク質である。上記配列同一性は、95%以上であることが好ましい。 The modified fibroin (3-iv) contains an amino acid sequence that has 90% or more sequence identity with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 17, SEQ ID NO: 11, SEQ ID NO: 14, or SEQ ID NO: 15. The modified fibroin (3-iv) is also a protein that contains a domain sequence represented by formula 1: [(A)n motif-REP]m. The sequence identity is preferably 95% or more.
(3-iv)の改変フィブロインは、配列番号17、配列番号11、配列番号14又は配列番号15で示されるアミノ酸配列と90%以上の配列同一性を有し、かつN末端側からC末端側に向かって、隣合う2つの[(A)nモチーフ-REP]ユニットのREPのアミノ酸残基数を順次比較して、アミノ酸残基数が少ないREPのアミノ酸残基数を1としたとき、他方のREPのアミノ酸残基数の比が1.8~11.3となる隣合う2つの[(A)nモチーフ-REP]ユニットのアミノ酸残基数を足し合わせた合計値の最大値をxとし、ドメイン配列の総アミノ酸残基数をyとしたときに、x/yが64.2%以上であることが好ましい。 The modified fibroin (3-iv) preferably has a sequence identity of 90% or more with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 17, SEQ ID NO: 11, SEQ ID NO: 14 or SEQ ID NO: 15, and when the numbers of amino acid residues in the REP of two adjacent [(A)n motif-REP] units are compared sequentially from the N-terminus to the C-terminus, and the number of amino acid residues in the REP with the fewer amino acid residues is set to 1, the maximum value of the sum of the numbers of amino acid residues in two adjacent [(A)n motif-REP] units such that the ratio of the number of amino acid residues in the other REP is 1.8 to 11.3 is defined as x, and the total number of amino acid residues in the domain sequence is y, x/y is 64.2% or more.
第3の改変フィブロインは、組換えタンパク質生産系において生産されたタンパク質を宿主の外部に放出するための分泌シグナルを含んでいてもよい。分泌シグナルの配列は、宿主の種類に応じて適宜設定することができる。 The third modified fibroin may contain a secretion signal for releasing the protein produced in the recombinant protein production system outside the host. The sequence of the secretion signal can be appropriately set depending on the type of host.
グリシン残基の含有量、及び(A)nモチーフの含有量が低減された改変フィブロイン(第4の改変フィブロイン)は、そのドメイン配列が、天然由来のクモ糸フィブロインと比較して、(A)nモチーフの含有量が低減されたことに加え、グリシン残基の含有量が低減されたアミノ酸配列を有するものである。第4の改変フィブロインのドメイン配列は、天然由来のクモ糸フィブロインと比較して、少なくとも1又は複数の(A)nモチーフが欠失したことに加え、更に少なくともREP中の1又は複数のグリシン残基が別のアミノ酸残基に置換されたことに相当するアミノ酸配列を有するものということができる。すなわち、第4の改変フィブロインは、上述したグリシン残基の含有量が低減された改変フィブロイン(第2の改変フィブロイン)と、(A)nモチーフの含有量が低減された改変フィブロイン(第3の改変フィブロイン)の特徴を併せ持つ改変フィブロインである。具体的な態様等は、第2の改変フィブロイン、及び第3の改変フィブロインで説明したとおりである。A modified fibroin (fourth modified fibroin) with a reduced content of glycine residues and (A)n motifs has an amino acid sequence in which the content of (A)n motifs is reduced and the content of glycine residues is reduced compared to naturally occurring spider silk fibroin. The domain sequence of the fourth modified fibroin can be said to have an amino acid sequence in which, compared to naturally occurring spider silk fibroin, at least one or more (A)n motifs are deleted and at least one or more glycine residues in REP are substituted with other amino acid residues. In other words, the fourth modified fibroin is a modified fibroin that combines the characteristics of the modified fibroin (second modified fibroin) with a reduced content of glycine residues and the modified fibroin (third modified fibroin) with a reduced content of (A)n motifs. Specific aspects are as described for the second modified fibroin and the third modified fibroin.
第4の改変フィブロインのより具体的な例として、(4-i)配列番号7、配列番号8若しくは配列番号9で示されるアミノ酸配列、(4-ii)配列番号7、配列番号8若しくは配列番号9で示されるアミノ酸配列と90%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列を含む、改変フィブロインを挙げることができる。配列番号7、配列番号8若しくは配列番号9で示されるアミノ酸配列を含む改変フィブロインの具体的な態様は上述のとおりである。 More specific examples of the fourth modified fibroin include (4-i) modified fibroin containing the amino acid sequence shown in SEQ ID NO:7, SEQ ID NO:8, or SEQ ID NO:9, and (4-ii) modified fibroin containing an amino acid sequence having 90% or more sequence identity with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO:7, SEQ ID NO:8, or SEQ ID NO:9. Specific embodiments of modified fibroin containing the amino acid sequence shown in SEQ ID NO:7, SEQ ID NO:8, or SEQ ID NO:9 are as described above.
局所的に疎水性指標の大きい領域を含むドメイン配列を有する改変フィブロイン(第5の改変フィブロイン)は、そのドメイン配列が、天然由来のクモ糸フィブロインと比較して、REP中の1又は複数のアミノ酸残基が疎水性指標の大きいアミノ酸残基に置換されたこと、及び/又はREP中に1又は複数の疎水性指標の大きいアミノ酸残基が挿入されたことに相当する、局所的に疎水性指標の大きい領域を含むアミノ酸配列を有するものであってよい。 A modified fibroin (fifth modified fibroin) having a domain sequence including a region with a high local hydrophobicity index may have an amino acid sequence including a region with a high local hydrophobicity index, which corresponds to one or more amino acid residues in REP being replaced with amino acid residues with a high hydrophobicity index and/or one or more amino acid residues with a high hydrophobicity index being inserted into REP, compared to naturally occurring spider silk fibroin.
局所的に疎水性指標の大きい領域は、連続する2~4アミノ酸残基で構成されていることが好ましい。 It is preferable that the region with a high local hydrophobicity index consists of 2 to 4 consecutive amino acid residues.
上述の疎水性指標の大きいアミノ酸残基は、イソロイシン(I)、バリン(V)、ロイシン(L)、フェニルアラニン(F)、システイン(C)、メチオニン(M)及びアラニン(A)から選ばれるアミノ酸残基であることがより好ましい。 It is more preferable that the amino acid residues with a high hydrophobicity index mentioned above are amino acid residues selected from isoleucine (I), valine (V), leucine (L), phenylalanine (F), cysteine (C), methionine (M) and alanine (A).
第5の改変フィブロインは、天然由来のクモ糸フィブロインと比較して、REP中の1又は複数のアミノ酸残基が疎水性指標の大きいアミノ酸残基に置換されたこと、及び/又はREP中に1又は複数の疎水性指標の大きいアミノ酸残基が挿入されたことに相当する改変に加え、更に、天然由来のクモ糸フィブロインと比較して、1又は複数のアミノ酸残基を置換、欠失、挿入及び/又は付加したことに相当するアミノ酸配列の改変があってもよい。 The fifth modified fibroin may, in addition to modifications corresponding to the substitution of one or more amino acid residues in REP with amino acid residues having a high hydrophobic index and/or the insertion of one or more amino acid residues having a high hydrophobic index into REP compared to naturally occurring spider silk fibroin, also have modifications in the amino acid sequence corresponding to the substitution, deletion, insertion and/or addition of one or more amino acid residues compared to naturally occurring spider silk fibroin.
第5の改変フィブロインは、例えば、クローニングした天然由来のクモ糸フィブロインの遺伝子配列からREP中の1又は複数の親水性アミノ酸残基(例えば、疎水性指標がマイナスであるアミノ酸残基)を疎水性アミノ酸残基(例えば、疎水性指標がプラスであるアミノ酸残基)に置換すること、及び/又はREP中に1又は複数の疎水性アミノ酸残基を挿入することにより得ることができる。また、例えば、天然由来のクモ糸フィブロインのアミノ酸配列からREP中の1又は複数の親水性アミノ酸残基を疎水性アミノ酸残基に置換したこと、及び/又はREP中に1又は複数の疎水性アミノ酸残基を挿入したことに相当するアミノ酸配列を設計し、設計したアミノ酸配列をコードする核酸を化学合成することにより得ることもできる。いずれの場合においても、天然由来のクモ糸フィブロインのアミノ酸配列からREP中の1又は複数の親水性アミノ酸残基を疎水性アミノ酸残基に置換したこと、及び/又はREP中に1又は複数の疎水性アミノ酸残基を挿入したことに相当する改変に加え、更に1又は複数のアミノ酸残基を置換、欠失、挿入及び/又は付加したことに相当するアミノ酸配列の改変を行ってもよい。The fifth modified fibroin can be obtained, for example, by substituting one or more hydrophilic amino acid residues (e.g., amino acid residues with a negative hydrophobicity index) in REP from the gene sequence of cloned naturally occurring spider silk fibroin with hydrophobic amino acid residues (e.g., amino acid residues with a positive hydrophobicity index), and/or by inserting one or more hydrophobic amino acid residues into REP. Alternatively, for example, it can be obtained by designing an amino acid sequence corresponding to the substitution of one or more hydrophilic amino acid residues in REP with hydrophobic amino acid residues from the amino acid sequence of naturally occurring spider silk fibroin, and/or the insertion of one or more hydrophobic amino acid residues into REP, and chemically synthesizing a nucleic acid encoding the designed amino acid sequence. In either case, in addition to the modification corresponding to the substitution of one or more hydrophilic amino acid residues in REP with hydrophobic amino acid residues and/or the insertion of one or more hydrophobic amino acid residues into REP from the amino acid sequence of naturally occurring spider silk fibroin, the amino acid sequence may also be modified by further substituting, deleting, inserting, and/or adding one or more amino acid residues.
第5の改変フィブロインは、式1:[(A)nモチーフ-REP]mで表されるドメイン配列を含み、最もC末端側に位置する(A)nモチーフから上記ドメイン配列のC末端までの配列を上記ドメイン配列から除いた配列に含まれる全てのREPにおいて、連続する4アミノ酸残基の疎水性指標の平均値が2.6以上となる領域に含まれるアミノ酸残基の総数をpとし、最もC末端側に位置する(A)nモチーフから上記ドメイン配列のC末端までの配列を上記ドメイン配列から除いた配列に含まれるアミノ酸残基の総数をqとしたときに、p/qが6.2%以上であるアミノ酸配列を有してもよい。 The fifth modified fibroin may have an amino acid sequence that includes a domain sequence represented by formula 1: [(A)n motif-REP]m, and in all REPs contained in the sequence obtained by excluding from the domain sequence the sequence from the (A)n motif located most C-terminally to the C-terminus of the domain sequence, p is the total number of amino acid residues contained in a region where the average hydrophobicity index of four consecutive amino acid residues is 2.6 or more, and q is the total number of amino acid residues contained in the sequence obtained by excluding from the domain sequence the sequence from the (A)n motif located most C-terminally to the C-terminus of the domain sequence, such that p/q is 6.2% or more.
アミノ酸残基の疎水性指標については、公知の指標(Hydropathy index:Kyte J,&Doolittle R(1982)“A simple method for displaying the hydropathic character of a protein”,J.Mol.Biol.,157,pp.105-132)を使用する。具体的には、各アミノ酸の疎水性指標(ハイドロパシー・インデックス、以下「HI」とも記す。)は、下記表1に示すとおりである。 The hydrophobicity index of amino acid residues is determined using a known index (Hydrophilicity index: Kyte J, & Doolittle R (1982) "A simple method for displaying the hydropathic character of a protein", J. Mol. Biol., 157, pp. 105-132). Specifically, the hydrophobicity index (hereinafter referred to as "HI") of each amino acid is as shown in Table 1 below.
p/qの算出方法を更に詳細に説明する。算出には、式1:[(A)nモチーフ-REP]mで表されるドメイン配列から、最もC末端側に位置する(A)nモチーフからドメイン配列のC末端までの配列を除いた配列(以下、「配列A」とする)を用いる。まず、配列Aに含まれる全てのREPにおいて、連続する4アミノ酸残基の疎水性指標の平均値を算出する。疎水性指標の平均値は、連続する4アミノ酸残基に含まれる各アミノ酸残基のHIの総和を4(アミノ酸残基数)で除して求める。疎水性指標の平均値は、全ての連続する4アミノ酸残基について求める(各アミノ酸残基は、1~4回平均値の算出に用いられる。)。次いで、連続する4アミノ酸残基の疎水性指標の平均値が2.6以上となる領域を特定する。あるアミノ酸残基が、複数の「疎水性指標の平均値が2.6以上となる連続する4アミノ酸残基」に該当する場合であっても、領域中には1アミノ酸残基として含まれることになる。そして、当該領域に含まれるアミノ酸残基の総数がpである。また、配列Aに含まれるアミノ酸残基の総数がqである。The method for calculating p/q will be explained in more detail. For the calculation, a sequence (hereinafter referred to as "sequence A") is used, which is obtained by excluding the sequence from the (A)n motif located at the most C-terminal side to the C-terminus of the domain sequence from the domain sequence represented by Equation 1: [(A)n motif-REP]m. First, the average hydrophobicity index of four consecutive amino acid residues is calculated for all REPs included in sequence A. The average hydrophobicity index is calculated by dividing the sum of the HIs of each amino acid residue included in the four consecutive amino acid residues by 4 (the number of amino acid residues). The average hydrophobicity index is calculated for all four consecutive amino acid residues (each amino acid residue is used to calculate the average one to four times). Next, a region where the average hydrophobicity index of four consecutive amino acid residues is 2.6 or higher is identified. Even if a certain amino acid residue falls into multiple "sequences of four consecutive amino acid residues with an average hydrophobicity index of 2.6 or higher," it is still included as a single amino acid residue in the region. The total number of amino acid residues included in the region is p. The total number of amino acid residues included in sequence A is q.
例えば、「疎水性指標の平均値が2.6以上となる連続する4アミノ酸残基」が20カ所抽出された場合(重複はなし)、連続する4アミノ酸残基の疎水性指標の平均値が2.6以上となる領域には、連続する4アミノ酸残基(重複はなし)が20含まれることになり、pは20×4=80である。また、例えば、2つの「疎水性指標の平均値が2.6以上となる連続する4アミノ酸残基」が1アミノ酸残基だけ重複して存在する場合、連続する4アミノ酸残基の疎水性指標の平均値が2.6以上となる領域には、7アミノ酸残基含まれることになる(p=2×4-1=7。「-1」は重複分の控除である。)。例えば、図2に示したドメイン配列の場合、「疎水性指標の平均値が2.6以上となる連続する4アミノ酸残基」が重複せずに7つ存在するため、pは7×4=28となる。また、例えば、図2に示したドメイン配列の場合、qは4+50+4+40+4+10+4+20+4+30=170である(C末端側の最後に存在する(A)nモチーフは含めない)。次に、pをqで除すことによって、p/q(%)を算出することができる。図2の場合28/170=16.47%となる。For example, if 20 "sequences of four consecutive amino acid residues with an average hydrophobicity index of 2.6 or higher" are extracted (with no overlaps), the region where the average hydrophobicity index of the four consecutive amino acid residues is 2.6 or higher will contain 20 consecutive four amino acid residues (with no overlaps), and p is 20 x 4 = 80. Also, if two "sequences of four consecutive amino acid residues with an average hydrophobicity index of 2.6 or higher" overlap by one amino acid residue, the region where the average hydrophobicity index of the four consecutive amino acid residues is 2.6 or higher will contain seven amino acid residues (p = 2 x 4 - 1 = 7, where "-1" is the deduction of the overlap). For example, in the domain sequence shown in Figure 2, there are seven "sequences of four consecutive amino acid residues with an average hydrophobicity index of 2.6 or higher" without overlaps, so p is 7 x 4 = 28. For example, in the case of the domain sequence shown in Figure 2, q is 4 + 50 + 4 + 40 + 4 + 10 + 4 + 20 + 4 + 30 = 170 (not including the (A)n motif at the end of the C-terminus). Next, p can be divided by q to calculate p/q (%). In the case of Figure 2, the result is 28/170 = 16.47%.
第5の改変フィブロインにおいて、p/qは、6.2%以上であることが好ましく、7%以上であることがより好ましく、10%以上であることが更に好ましく、20%以上であることが更により好ましく、30%以上であることが更によりまた好ましい。p/qの上限は、特に制限されないが、例えば、45%以下であってもよい。 In the fifth modified fibroin, p/q is preferably 6.2% or more, more preferably 7% or more, even more preferably 10% or more, even more preferably 20% or more, and even more preferably 30% or more. The upper limit of p/q is not particularly limited, but may be, for example, 45% or less.
第5の改変フィブロインは、例えば、クローニングした天然由来のクモ糸フィブロインのアミノ酸配列を、上記のp/qの条件を満たすように、REP中の1又は複数の親水性アミノ酸残基(例えば、疎水性指標がマイナスであるアミノ酸残基)を疎水性アミノ酸残基(例えば、疎水性指標がプラスであるアミノ酸残基)に置換すること、及び/又はREP中に1又は複数の疎水性アミノ酸残基を挿入することにより、局所的に疎水性指標の大きい領域を含むアミノ酸配列に改変することにより得ることができる。また、例えば、天然由来のクモ糸フィブロインのアミノ酸配列から上記のp/qの条件を満たすアミノ酸配列を設計し、設計したアミノ酸配列をコードする核酸を化学合成することにより得ることもできる。いずれの場合においても、天然由来のクモ糸フィブロインと比較して、REP中の1又は複数のアミノ酸残基が疎水性指標の大きいアミノ酸残基に置換されたこと、及び/又はREP中に1又は複数の疎水性指標の大きいアミノ酸残基が挿入されたことに相当する改変に加え、更に1又は複数のアミノ酸残基を置換、欠失、挿入及び/又は付加したことに相当する改変を行ってもよい。The fifth modified fibroin can be obtained, for example, by modifying the amino acid sequence of cloned naturally occurring spider silk fibroin to include a region with a high hydrophobicity index locally, by substituting one or more hydrophilic amino acid residues (e.g., amino acid residues with a negative hydrophobicity index) in the REP with hydrophobic amino acid residues (e.g., amino acid residues with a positive hydrophobicity index) and/or by inserting one or more hydrophobic amino acid residues into the REP so that the above-mentioned p/q condition is satisfied. Alternatively, the fifth modified fibroin can be obtained, for example, by designing an amino acid sequence that satisfies the above-mentioned p/q condition from the amino acid sequence of naturally occurring spider silk fibroin and chemically synthesizing a nucleic acid encoding the designed amino acid sequence. In either case, in addition to modifications corresponding to the substitution of one or more amino acid residues in the REP with amino acid residues with a high hydrophobicity index and/or the insertion of one or more amino acid residues with a high hydrophobicity index into the REP, modifications corresponding to the substitution, deletion, insertion, and/or addition of one or more amino acid residues may also be made.
疎水性指標の大きいアミノ酸残基としては、特に制限はないが、イソロイシン(I)、バリン(V)、ロイシン(L)、フェニルアラニン(F)、システイン(C)、メチオニン(M)及びアラニン(A)が好ましく、バリン(V)、ロイシン(L)及びイソロイシン(I)がより好ましい。 There are no particular restrictions on amino acid residues with a high hydrophobicity index, but isoleucine (I), valine (V), leucine (L), phenylalanine (F), cysteine (C), methionine (M) and alanine (A) are preferred, with valine (V), leucine (L) and isoleucine (I) being more preferred.
第5の改変フィブロインの具体的な例として、(5-i)配列番号19、配列番号20若しくは配列番号21で示されるアミノ酸配列、又は(5-ii)配列番号19、配列番号20若しくは配列番号21で示されるアミノ酸配列と90%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列を含む、改変フィブロインを挙げることができる。 Specific examples of the fifth modified fibroin include (5-i) a modified fibroin containing an amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 19, SEQ ID NO: 20, or SEQ ID NO: 21, or (5-ii) an amino acid sequence having 90% or more sequence identity with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 19, SEQ ID NO: 20, or SEQ ID NO: 21.
(5-i)の改変フィブロインについて説明する。配列番号22で示されるアミノ酸配列は、天然由来のクモ糸フィブロインの(A)nモチーフ中のアラニン残基が連続するアミノ酸配列をアラニン残基が連続する数を5つになるよう欠失したものである。配列番号19で示されるアミノ酸配列は、配列番号22で示されるアミノ酸配列に対し、REP一つ置きにそれぞれ3アミノ酸残基からなるアミノ酸配列(VLI)を2カ所挿入し、かつ配列番号22で示されるアミノ酸配列の分子量とほぼ同じとなるようにC末端側の一部のアミノ酸を欠失させたものである。配列番号23で示されるアミノ酸配列は、配列番号22で示されるアミノ酸配列に対し、各(A)nモチーフのC末端側に2つのアラニン残基を挿入し、更に一部のグルタミン(Q)残基をセリン(S)残基に置換し、かつ配列番号22で示されるアミノ酸配列の分子量とほぼ同じとなるようにC末端側の一部のアミノ酸を欠失させたものである。配列番号20で示されるアミノ酸配列は、配列番号23で示されるアミノ酸配列に対し、REP一つ置きにそれぞれ3アミノ酸残基からなるアミノ酸配列(VLI)を1カ所挿入したものである。配列番号21で示されるアミノ酸配列は、配列番号23で示されるアミノ酸配列に対し、REP一つ置きにそれぞれ3アミノ酸残基からなるアミノ酸配列(VLI)を2カ所挿入したものである。 The modified fibroin (5-i) will now be described. The amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 22 is obtained by deleting consecutive alanine residues in the (A)n motif of naturally occurring spider silk fibroin so that the number of consecutive alanine residues is five. The amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 19 is obtained by inserting an amino acid sequence (VLI) consisting of three amino acid residues at every other REP in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 22 at two positions, and deleting some amino acids on the C-terminus so that the molecular weight is approximately the same as that of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 22. The amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 23 is obtained by inserting two alanine residues at the C-terminus of each (A)n motif in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 22, substituting some glutamine (Q) residues with serine (S) residues, and deleting some amino acids on the C-terminus so that the molecular weight is approximately the same as that of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 22. The amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 20 is obtained by inserting an amino acid sequence (VLI) consisting of three amino acid residues at every other REP into one position in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 23. The amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 21 is obtained by inserting an amino acid sequence (VLI) consisting of three amino acid residues at every other REP into two positions in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 23.
(5-i)の改変フィブロインは、配列番号19、配列番号20又は配列番号21で示されるアミノ酸配列からなるものであってもよい。 The modified fibroin (5-i) may consist of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 19, SEQ ID NO: 20 or SEQ ID NO: 21.
(5-ii)の改変フィブロインは、配列番号19、配列番号20又は配列番号21で示されるアミノ酸配列と90%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列を含むものである。(5-ii)の改変フィブロインもまた、式1:[(A)nモチーフ-REP]mで表されるドメイン配列を含むタンパク質である。上記配列同一性は、95%以上であることが好ましい。 The modified fibroin (5-ii) contains an amino acid sequence that has 90% or more sequence identity with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 19, SEQ ID NO: 20, or SEQ ID NO: 21. The modified fibroin (5-ii) is also a protein that contains a domain sequence represented by formula 1: [(A)n motif-REP]m. The sequence identity is preferably 95% or more.
(5-ii)の改変フィブロインは、配列番号19、配列番号20又は配列番号21で示されるアミノ酸配列と90%以上の配列同一性を有し、かつ最もC末端側に位置する(A)nモチーフからドメイン配列のC末端までの配列をドメイン配列から除いた配列に含まれる全てのREPにおいて、連続する4アミノ酸残基の疎水性指標の平均値が2.6以上となる領域に含まれるアミノ酸残基の総数をpとし、最もC末端側に位置する(A)nモチーフからドメイン配列のC末端までの配列をドメイン配列から除いた配列に含まれるアミノ酸残基の総数をqとしたときに、p/qが6.2%以上であることが好ましい。 The modified fibroin (5-ii) preferably has a sequence identity of 90% or more with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 19, SEQ ID NO: 20, or SEQ ID NO: 21, and in all REPs contained in the sequence obtained by excluding from the domain sequence the sequence from the (A)n motif located most C-terminally to the C-terminus of the domain sequence, where p is the total number of amino acid residues contained in a region in which the average hydrophobicity index of four consecutive amino acid residues is 2.6 or more, and q is the total number of amino acid residues contained in the sequence obtained by excluding from the domain sequence the sequence from the (A)n motif located most C-terminally to the C-terminus of the domain sequence, p/q is 6.2% or more.
第5の改変フィブロインは、N末端及びC末端のいずれか一方又は両方にタグ配列を含んでいてもよい。 The fifth modified fibroin may contain a tag sequence at either or both the N-terminus and C-terminus.
タグ配列を含む第5の改変フィブロインのより具体的な例として、(5-iii)配列番号24、配列番号25若しくは配列番号26で示されるアミノ酸配列、又は(5-iv)配列番号24、配列番号25若しくは配列番号26で示されるアミノ酸配列と90%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列を含む、改変フィブロインを挙げることができる。 More specific examples of the fifth modified fibroin containing a tag sequence include (5-iii) a modified fibroin containing an amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 24, SEQ ID NO: 25, or SEQ ID NO: 26, or (5-iv) an amino acid sequence having 90% or more sequence identity with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 24, SEQ ID NO: 25, or SEQ ID NO: 26.
配列番号24、配列番号25及び配列番号26で示されるアミノ酸配列は、それぞれ配列番号19、配列番号20及び配列番号21で示されるアミノ酸配列のN末端に配列番号12で示されるアミノ酸配列(Hisタグ配列及びヒンジ配列を含む)を付加したものである。 The amino acid sequences shown in SEQ ID NO: 24, SEQ ID NO: 25, and SEQ ID NO: 26 are obtained by adding the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 12 (including a His tag sequence and hinge sequence) to the N-terminus of the amino acid sequences shown in SEQ ID NO: 19, SEQ ID NO: 20, and SEQ ID NO: 21, respectively.
(5-iii)の改変フィブロインは、配列番号24、配列番号25若しくは配列番号26で示されるアミノ酸配列からなるものであってもよい。 The modified fibroin (5-iii) may consist of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 24, SEQ ID NO: 25 or SEQ ID NO: 26.
(5-iv)の改変フィブロインは、配列番号24、配列番号25若しくは配列番号26で示されるアミノ酸配列と90%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列を含むものである。(5-iv)の改変フィブロインもまた、式1:[(A)nモチーフ-REP]mで表されるドメイン配列を含むタンパク質である。上記配列同一性は、95%以上であることが好ましい。 The modified fibroin (5-iv) contains an amino acid sequence that has 90% or more sequence identity with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 24, SEQ ID NO: 25, or SEQ ID NO: 26. The modified fibroin (5-iv) is also a protein that contains a domain sequence represented by formula 1: [(A)n motif-REP]m. The sequence identity is preferably 95% or more.
(5-iv)の改変フィブロインは、配列番号24、配列番号25若しくは配列番号26で示されるアミノ酸配列と90%以上の配列同一性を有し、かつ最もC末端側に位置する(A)nモチーフからドメイン配列のC末端までの配列をドメイン配列から除いた配列に含まれる全てのREPにおいて、連続する4アミノ酸残基の疎水性指標の平均値が2.6以上となる領域に含まれるアミノ酸残基の総数をpとし、最もC末端側に位置する(A)nモチーフからドメイン配列のC末端までの配列をドメイン配列から除いた配列に含まれるアミノ酸残基の総数をqとしたときに、p/qが6.2%以上であることが好ましい。 The modified fibroin (5-iv) preferably has a sequence identity of 90% or more with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 24, SEQ ID NO: 25, or SEQ ID NO: 26, and in all REPs contained in the sequence obtained by excluding from the domain sequence the sequence from the (A)n motif located most C-terminally to the C-terminus of the domain sequence, where p is the total number of amino acid residues contained in a region where the average hydrophobicity index of four consecutive amino acid residues is 2.6 or more, and q is the total number of amino acid residues contained in the sequence obtained by excluding from the domain sequence the sequence from the (A)n motif located most C-terminally to the C-terminus of the domain sequence, p/q is 6.2% or more.
第5の改変フィブロインは、組換えタンパク質生産系において生産されたタンパク質を宿主の外部に放出するための分泌シグナルを含んでいてもよい。分泌シグナルの配列は、宿主の種類に応じて適宜設定することができる。 The fifth modified fibroin may contain a secretion signal for releasing the protein produced in the recombinant protein production system outside the host. The sequence of the secretion signal can be appropriately set depending on the type of host.
グルタミン残基の含有量が低減されたドメイン配列を有する改変フィブロイン(第6の改変フィブロイン)は、天然由来のクモ糸フィブロインと比較して、グルタミン残基の含有量が低減されたアミノ酸配列を有する。 A modified fibroin (sixth modified fibroin) having a domain sequence with a reduced content of glutamine residues has an amino acid sequence with a reduced content of glutamine residues compared to naturally occurring spider silk fibroin.
第6の改変フィブロインは、REPのアミノ酸配列中に、GGXモチーフ及びGPGXXモチーフから選ばれる少なくとも一つのモチーフが含まれていることが好ましい。 It is preferable that the sixth modified fibroin contains at least one motif selected from the GGX motif and the GPGXX motif in the amino acid sequence of REP.
第6の改変フィブロインが、REP中にGPGXXモチーフを含む場合、GPGXXモチーフ含有率は、通常1%以上であり、5%以上であってもよく、10%以上であるのが好ましい。GPGXXモチーフ含有率の上限に特に制限はなく、50%以下であってよく、30%以下であってもよい。 When the sixth modified fibroin contains a GPGXX motif in the REP, the GPGXX motif content is typically 1% or more, may be 5% or more, and preferably 10% or more. There is no particular upper limit to the GPGXX motif content, and it may be 50% or less, or may be 30% or less.
本明細書において、「GPGXXモチーフ含有率」は、以下の方法により算出される値である。
式1:[(A)nモチーフ-REP]m、又は式2:[(A)nモチーフ-REP]m-(A)nモチーフで表されるドメイン配列を含むクモ糸フィブロインにおいて、最もC末端側に位置する(A)nモチーフからドメイン配列のC末端までの配列をドメイン配列から除いた配列に含まれる全てのREPにおいて、その領域に含まれるGPGXXモチーフの個数の総数を3倍した数(即ち、GPGXXモチーフ中のG及びPの総数に相当)をsとし、最もC末端側に位置する(A)nモチーフからドメイン配列のC末端までの配列をドメイン配列から除き、更に(A)nモチーフを除いた全REPのアミノ酸残基の総数をtとしたときに、GPGXXモチーフ含有率はs/tとして算出される。
In this specification, the "GPGXX motif content" is a value calculated by the following method.
In spider silk fibroin containing a domain sequence represented by formula 1: [(A)n motif-REP]m or formula 2: [(A)n motif-REP]m-(A)n motif, the GPGXX motif content is calculated as s/t, where s is three times the total number of GPGXX motifs contained in all REPs contained in the sequence obtained by excluding from the domain sequence the sequence from the (A)n motif located at the most C-terminal side to the C-terminus of the domain sequence (i.e., equivalent to the total number of Gs and Ps in the GPGXX motifs), and t is the total number of amino acid residues in all REPs obtained by excluding from the domain sequence the sequence from the (A)n motif located at the most C-terminal side to the C-terminus of the domain sequence and further excluding the (A)n motif.
GPGXXモチーフ含有率の算出において、「最もC末端側に位置する(A)nモチーフからドメイン配列のC末端までの配列をドメイン配列から除いた配列」を対象としているのは、「最もC末端側に位置する(A)nモチーフからドメイン配列のC末端までの配列」(REPに相当する配列)には、クモ糸フィブロインに特徴的な配列と相関性の低い配列が含まれることがあり、mが小さい場合(つまり、ドメイン配列が短い場合)、GPGXXモチーフ含有率の算出結果に影響するので、この影響を排除するためである。なお、REPのC末端に「GPGXXモチーフ」が位置する場合、「XX」が例えば「AA」の場合であっても、「GPGXXモチーフ」として扱う。 When calculating the GPGXX motif content, the target is "the sequence excluding the sequence from the C-terminal (A)n motif to the C-terminus of the domain sequence from the domain sequence" because the "sequence from the C-terminal (A)n motif to the C-terminus of the domain sequence" (the sequence corresponding to REP) may contain a sequence that has low correlation with the sequence characteristic of spider silk fibroin, and when m is small (i.e., when the domain sequence is short), this affects the calculation results of the GPGXX motif content, so this influence must be eliminated. Furthermore, when a "GPGXX motif" is located at the C-terminus of REP, it is treated as a "GPGXX motif" even if "XX" is, for example, "AA."
図3は、クモ糸フィブロインのドメイン配列を示す模式図である。図3を参照しながらGPGXXモチーフ含有率の算出方法を具体的に説明する。まず、図3に示したクモ糸フィブロインのドメイン配列(「[(A)nモチーフ-REP]m-(A)nモチーフ」タイプである。)では、全てのREPが「最もC末端側に位置する(A)nモチーフからドメイン配列のC末端までの配列をドメイン配列から除いた配列」(図3中、「領域A」で示した配列。)に含まれているため、sを算出するためのGPGXXモチーフの個数は7であり、sは7×3=21となる。同様に、全てのREPが「最もC末端側に位置する(A)nモチーフからドメイン配列のC末端までの配列をドメイン配列から除いた配列」(図3中、「領域A」で示した配列。)に含まれているため、当該配列から更に(A)nモチーフを除いた全REPのアミノ酸残基の総数tは50+40+10+20+30=150である。次に、sをtで除すことによって、s/t(%)を算出することができ、図3のフィブロインの場合21/150=14.0%となる。 Figure 3 is a schematic diagram showing the domain sequence of spider silk fibroin. A method for calculating the GPGXX motif content will be specifically described with reference to Figure 3. First, in the spider silk fibroin domain sequence shown in Figure 3 (which is of the "[(A)n motif-REP]m-(A)n motif" type), all REPs are contained in "the sequence obtained by excluding from the domain sequence the sequence from the (A)n motif located at the most C-terminal side to the C-terminus of the domain sequence" (the sequence shown as "Region A" in Figure 3). Therefore, the number of GPGXX motifs required to calculate s is 7, and s is 7 x 3 = 21. Similarly, all REPs are contained in "the sequence obtained by excluding from the domain sequence the sequence from the (A)n motif located at the most C-terminal side to the C-terminus of the domain sequence" (the sequence shown as "Region A" in Figure 3). Therefore, the total number of amino acid residues t of all REPs obtained by further excluding the (A)n motif from this sequence is 50 + 40 + 10 + 20 + 30 = 150. Next, s/t (%) can be calculated by dividing s by t, which is 21/150=14.0% in the case of the fibroin in FIG.
第6の改変フィブロインは、グルタミン残基含有率が9%以下であることが好ましく、7%以下であることがより好ましく、4%以下であることが更に好ましく、0%であることが特に好ましい。 The sixth modified fibroin preferably has a glutamine residue content of 9% or less, more preferably 7% or less, even more preferably 4% or less, and particularly preferably 0%.
本明細書において、「グルタミン残基含有率」は、以下の方法により算出される値である。
式1:[(A)nモチーフ-REP]m、又は式2:[(A)nモチーフ-REP]m-(A)nモチーフで表されるドメイン配列を含むクモ糸フィブロインにおいて、最もC末端側に位置する(A)nモチーフからドメイン配列のC末端までの配列をドメイン配列から除いた配列(図3の「領域A」に相当する配列。)に含まれる全てのREPにおいて、その領域に含まれるグルタミン残基の総数をuとし、最もC末端側に位置する(A)nモチーフからドメイン配列のC末端までの配列をドメイン配列から除き、更に(A)nモチーフを除いた全REPのアミノ酸残基の総数をtとしたときに、グルタミン残基含有率はu/tとして算出される。グルタミン残基含有率の算出において、「最もC末端側に位置する(A)nモチーフからドメイン配列のC末端までの配列をドメイン配列から除いた配列」を対象としている理由は、上述した理由と同様である。
In this specification, the "glutamine residue content" is a value calculated by the following method.
In spider silk fibroin containing a domain sequence represented by Formula 1: [(A)n motif-REP]m or Formula 2: [(A)n motif-REP]m-(A)n motif, in all REPs contained in the sequence obtained by excluding from the domain sequence the sequence from the most C-terminal (A)n motif to the C-terminus of the domain sequence (the sequence corresponding to "Region A" in Figure 3), the glutamine residue content is calculated as u/t, where u is the total number of glutamine residues contained in that region, and t is the total number of amino acid residues in all REPs excluding from the domain sequence the sequence from the most C-terminal (A)n motif to the C-terminus of the domain sequence. The reason for targeting "the sequence obtained by excluding from the domain sequence the sequence from the most C-terminal (A)n motif to the C-terminus of the domain sequence" in calculating the glutamine residue content is the same as that described above.
第6の改変フィブロインは、そのドメイン配列が、天然由来のクモ糸フィブロインと比較して、REP中の1又は複数のグルタミン残基を欠失したこと、又は他のアミノ酸残基に置換したことに相当するアミノ酸配列を有するものであってよい。 The sixth modified fibroin may have an amino acid sequence whose domain sequence corresponds to the deletion of one or more glutamine residues in REP or the substitution of other amino acid residues, compared to naturally occurring spider silk fibroin.
「他のアミノ酸残基」は、グルタミン残基以外のアミノ酸残基であればよいが、グルタミン残基よりも疎水性指標の大きいアミノ酸残基であることが好ましい。アミノ酸残基の疎水性指標は表1に示すとおりである。 The "other amino acid residue" may be any amino acid residue other than a glutamine residue, but is preferably an amino acid residue with a higher hydrophobicity index than a glutamine residue. The hydrophobicity indexes of amino acid residues are as shown in Table 1.
表1に示すとおり、グルタミン残基よりも疎水性指標の大きいアミノ酸残基としては、イソロイシン(I)、バリン(V)、ロイシン(L)、フェニルアラニン(F)、システイン(C)、メチオニン(M)アラニン(A)、グリシン(G)、スレオニン(T)、セリン(S)、トリプトファン(W)、チロシン(Y)、プロリン(P)及びヒスチジン(H)から選ばれるアミノ酸残基を挙げることができる。これらの中でも、イソロイシン(I)、バリン(V)、ロイシン(L)、フェニルアラニン(F)、システイン(C)、メチオニン(M)及びアラニン(A)から選ばれるアミノ酸残基であることがより好ましく、イソロイシン(I)、バリン(V)、ロイシン(L)及びフェニルアラニン(F)から選ばれるアミノ酸残基であることが更に好ましい。As shown in Table 1, amino acid residues with a higher hydrophobicity index than glutamine residues include those selected from isoleucine (I), valine (V), leucine (L), phenylalanine (F), cysteine (C), methionine (M), alanine (A), glycine (G), threonine (T), serine (S), tryptophan (W), tyrosine (Y), proline (P), and histidine (H). Among these, amino acid residues selected from isoleucine (I), valine (V), leucine (L), phenylalanine (F), cysteine (C), methionine (M), and alanine (A) are more preferred, and amino acid residues selected from isoleucine (I), valine (V), leucine (L), and phenylalanine (F) are even more preferred.
第6の改変フィブロインは、REPの疎水性度が、-0.8以上であることが好ましく、-0.7以上であることがより好ましく、0以上であることが更に好ましく、0.3以上であることが更により好ましく、0.4以上であることが特に好ましい。REPの疎水性度の上限に特に制限はなく、1.0以下であってよく、0.7以下であってもよい。 In the sixth modified fibroin, the hydrophobicity of the REP is preferably -0.8 or higher, more preferably -0.7 or higher, even more preferably 0 or higher, even more preferably 0.3 or higher, and particularly preferably 0.4 or higher. There is no particular upper limit to the hydrophobicity of the REP, and it may be 1.0 or lower, or 0.7 or lower.
本明細書において、「REPの疎水性度」は、以下の方法により算出される値である。
式1:[(A)nモチーフ-REP]m、又は式2:[(A)nモチーフ-REP]m-(A)nモチーフで表されるドメイン配列を含むクモ糸フィブロインにおいて、最もC末端側に位置する(A)nモチーフからドメイン配列のC末端までの配列をドメイン配列から除いた配列(図3の「領域A」に相当する配列。)に含まれる全てのREPにおいて、その領域の各アミノ酸残基の疎水性指標の総和をvとし、最もC末端側に位置する(A)nモチーフからドメイン配列のC末端までの配列をドメイン配列から除き、更に(A)nモチーフを除いた全REPのアミノ酸残基の総数をtとしたときに、REPの疎水性度はv/tとして算出される。REPの疎水性度の算出において、「最もC末端側に位置する(A)nモチーフからドメイン配列のC末端までの配列をドメイン配列から除いた配列」を対象としている理由は、上述した理由と同様である。
In this specification, the "hydrophobicity of REP" is a value calculated by the following method.
In spider silk fibroin containing a domain sequence represented by Formula 1: [(A)n motif-REP]m or Formula 2: [(A)n motif-REP]m-(A)n motif, in all REPs contained in the sequence obtained by excluding from the domain sequence the sequence from the most C-terminal (A)n motif to the C-terminus of the domain sequence (the sequence corresponding to "Region A" in Figure 3), the sum of the hydrophobicity indices of each amino acid residue in that region is v, and the total number of amino acid residues in all REPs excluding from the domain sequence the sequence from the most C-terminal (A)n motif to the C-terminus of the domain sequence and further excluding the (A)n motif is t. The reason for targeting "the sequence obtained by excluding from the domain sequence the sequence from the most C-terminal (A)n motif to the C-terminus of the domain sequence" in calculating the hydrophobicity of REP is the same as that described above.
第6の改変フィブロインは、そのドメイン配列が、天然由来のクモ糸フィブロインと比較して、REP中の1又は複数のグルタミン残基を欠失したこと、及び/又はREP中の1又は複数のグルタミン残基を他のアミノ酸残基に置換したことに相当する改変に加え、更に1又は複数のアミノ酸残基を置換、欠失、挿入及び/又は付加したことに相当するアミノ酸配列の改変があってもよい。 The sixth modified fibroin may have a domain sequence that, compared to naturally occurring spider silk fibroin, is modified by deleting one or more glutamine residues in REP and/or substituting one or more glutamine residues in REP with other amino acid residues, and may also have a further amino acid sequence modification that is equivalent to substituting, deleting, inserting and/or adding one or more amino acid residues.
第6の改変フィブロインは、例えば、クローニングした天然由来のクモ糸フィブロインの遺伝子配列からREP中の1又は複数のグルタミン残基を欠失させること、及び/又はREP中の1又は複数のグルタミン残基を他のアミノ酸残基に置換することにより得ることができる。また、例えば、天然由来のクモ糸フィブロインのアミノ酸配列からREP中の1又は複数のグルタミン残基を欠失したこと、及び/又はREP中の1又は複数のグルタミン残基を他のアミノ酸残基に置換したことに相当するアミノ酸配列を設計し、設計したアミノ酸配列をコードする核酸を化学合成することにより得ることもできる。 The sixth modified fibroin can be obtained, for example, by deleting one or more glutamine residues in REP from the gene sequence of cloned, naturally occurring spider silk fibroin, and/or substituting one or more glutamine residues in REP with other amino acid residues. Alternatively, it can be obtained, for example, by designing an amino acid sequence corresponding to the deletion of one or more glutamine residues in REP from the amino acid sequence of naturally occurring spider silk fibroin and/or the substitution of one or more glutamine residues in REP with other amino acid residues, and chemically synthesizing a nucleic acid encoding the designed amino acid sequence.
第6の改変フィブロインのより具体的な例として、(6-i)配列番号27、配列番号28、配列番号29、配列番号30、配列番号31、配列番号32、配列番号33若しくは配列番号43で示されるアミノ酸配列を含む、改変フィブロイン、又は(6-ii)配列番号27、配列番号28、配列番号29、配列番号30、配列番号31、配列番号32、配列番号33若しくは配列番号43で示されるアミノ酸配列と90%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列を含む、改変フィブロインを挙げることができる。 More specific examples of the sixth modified fibroin include (6-i) a modified fibroin comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO:27, SEQ ID NO:28, SEQ ID NO:29, SEQ ID NO:30, SEQ ID NO:31, SEQ ID NO:32, SEQ ID NO:33, or SEQ ID NO:43, or (6-ii) a modified fibroin comprising an amino acid sequence having 90% or more sequence identity to the amino acid sequence shown in SEQ ID NO:27, SEQ ID NO:28, SEQ ID NO:29, SEQ ID NO:30, SEQ ID NO:31, SEQ ID NO:32, SEQ ID NO:33, or SEQ ID NO:43.
(6-i)の改変フィブロインについて説明する。 We will explain the modified fibroin (6-i).
配列番号7で示されるアミノ酸配列(Met-PRT410)は、天然由来のフィブロインであるNephila clavipes(GenBankアクセッション番号:P46804.1、GI:1174415)の塩基配列及びアミノ酸配列に基づき、(A)nモチーフ中のアラニン残基が連続するアミノ酸配列をアラニン残基が連続する数を5つにする等の生産性を向上させるためのアミノ酸の改変を行ったものである。一方、Met-PRT410は、グルタミン残基(Q)の改変は行っていないため、グルタミン残基含有率は、天然由来のフィブロインのグルタミン残基含有率と同程度である。 The amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 7 (Met-PRT410) is based on the base sequence and amino acid sequence of the naturally occurring fibroin of Nephila clavipes (GenBank accession number: P46804.1, GI: 1174415), with amino acid modifications made to improve productivity, such as increasing the number of consecutive alanine residues in the (A)n motif to five. Meanwhile, because no modifications have been made to the glutamine residue (Q) in Met-PRT410, the glutamine residue content is similar to that of naturally occurring fibroin.
配列番号27で示されるアミノ酸配列(M_PRT888)は、Met-PRT410(配列番号7)中のQQを全てVLに置換したものである。 The amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 27 (M_PRT888) is obtained by replacing all QQs in Met-PRT410 (SEQ ID NO: 7) with VLs.
配列番号28で示されるアミノ酸配列(M_PRT965)は、Met-PRT410(配列番号7)中のQQを全てTSに置換し、かつ残りのQをAに置換したものである。 The amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 28 (M_PRT965) is obtained by replacing all QQs in Met-PRT410 (SEQ ID NO: 7) with TS and replacing the remaining Qs with A.
配列番号29で示されるアミノ酸配列(M_PRT889)は、Met-PRT410(配列番号7)中のQQを全てVLに置換し、かつ残りのQをIに置換したものである。 The amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 29 (M_PRT889) is obtained by replacing all QQs in Met-PRT410 (SEQ ID NO: 7) with VL and replacing the remaining Qs with I.
配列番号30で示されるアミノ酸配列(M_PRT916)は、Met-PRT410(配列番号7)中のQQを全てVIに置換し、かつ残りのQをLに置換したものである。 The amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 30 (M_PRT916) is obtained by replacing all QQs in Met-PRT410 (SEQ ID NO: 7) with VI and replacing the remaining Qs with Ls.
配列番号31で示されるアミノ酸配列(M_PRT918)は、Met-PRT410(配列番号7)中のQQを全てVFに置換し、かつ残りのQをIに置換したものである。 The amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 31 (M_PRT918) is obtained by replacing all QQs in Met-PRT410 (SEQ ID NO: 7) with VF and replacing the remaining Qs with I.
配列番号34で示されるアミノ酸配列(M_PRT525)は、Met-PRT410(配列番号7)に対し、アラニン残基が連続する領域(A5)に2つのアラニン残基を挿入し、Met-PRT410の分子量とほぼ同じになるよう、C末端側のドメイン配列2つを欠失させ、かつグルタミン残基(Q)13箇所をセリン残基(S)又はプロリン残基(P)に置換したものである。 The amino acid sequence (M_PRT525) shown in SEQ ID NO: 34 is obtained by inserting two alanine residues into the region (A5) of consecutive alanine residues in Met-PRT410 (SEQ ID NO: 7), deleting two domain sequences on the C-terminal side to make the molecular weight approximately the same as that of Met-PRT410, and replacing 13 glutamine residues (Q) with serine residues (S) or proline residues (P).
配列番号32で示されるアミノ酸配列(M_PRT699)は、M_PRT525(配列番号34)中のQQを全てVLに置換したものである。 The amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 32 (M_PRT699) is obtained by replacing all QQs in M_PRT525 (SEQ ID NO: 34) with VLs.
配列番号33で示されるアミノ酸配列(M_PRT698)は、M_PRT525(配列番号34)中のQQを全てVLに置換し、かつ残りのQをIに置換したものである。 The amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 33 (M_PRT698) is obtained by replacing all QQs in M_PRT525 (SEQ ID NO: 34) with VL and replacing the remaining Qs with I.
配列番号43で示されるアミノ酸配列(Met-PRT966)は、配列番号9で示されるアミノ酸配列(C末端に配列番号42で示されるアミノ酸配列が付加される前のアミノ酸配列)中のQQを全てVFに置換し、かつ残りのQをIに置換したものである。 The amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 43 (Met-PRT966) is the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 9 (the amino acid sequence before the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 42 is added to the C-terminus) in which all QQs have been replaced with VFs and the remaining Qs have been replaced with Is.
配列番号27、配列番号28、配列番号29、配列番号30、配列番号31、配列番号32、配列番号33及び配列番号43で示されるアミノ酸配列は、いずれもグルタミン残基含有率は9%以下である(表2)。 The amino acid sequences shown in SEQ ID NO: 27, SEQ ID NO: 28, SEQ ID NO: 29, SEQ ID NO: 30, SEQ ID NO: 31, SEQ ID NO: 32, SEQ ID NO: 33 and SEQ ID NO: 43 all have a glutamine residue content of 9% or less (Table 2).
(6-i)の改変フィブロインは、配列番号27、配列番号28、配列番号29、配列番号30、配列番号31、配列番号32、配列番号33又は配列番号43で示されるアミノ酸配列からなるものであってもよい。 The modified fibroin (6-i) may consist of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 27, SEQ ID NO: 28, SEQ ID NO: 29, SEQ ID NO: 30, SEQ ID NO: 31, SEQ ID NO: 32, SEQ ID NO: 33 or SEQ ID NO: 43.
(6-ii)の改変フィブロインは、配列番号27、配列番号28、配列番号29、配列番号30、配列番号31、配列番号32、配列番号33又は配列番号43で示されるアミノ酸配列と90%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列を含むものである。(6-ii)の改変フィブロインもまた、式1:[(A)nモチーフ-REP]m、又は式2:[(A)nモチーフ-REP]m-(A)nモチーフで表されるドメイン配列を含むタンパク質である。上記配列同一性は、95%以上であることが好ましい。 The modified fibroin (6-ii) comprises an amino acid sequence having 90% or more sequence identity with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 27, SEQ ID NO: 28, SEQ ID NO: 29, SEQ ID NO: 30, SEQ ID NO: 31, SEQ ID NO: 32, SEQ ID NO: 33, or SEQ ID NO: 43. The modified fibroin (6-ii) is also a protein comprising a domain sequence represented by formula 1: [(A)n motif-REP]m or formula 2: [(A)n motif-REP]m-(A)n motif. The sequence identity is preferably 95% or more.
(6-ii)の改変フィブロインは、グルタミン残基含有率が9%以下であることが好ましい。また、(6-ii)の改変フィブロインは、GPGXXモチーフ含有率が10%以上であることが好ましい。 The modified fibroin (6-ii) preferably has a glutamine residue content of 9% or less. Furthermore, the modified fibroin (6-ii) preferably has a GPGXX motif content of 10% or more.
第6の改変フィブロインは、N末端及びC末端のいずれか一方又は両方にタグ配列を含んでいてもよい。これにより、改変フィブロインの単離、固定化、検出及び可視化等が可能となる。 The sixth modified fibroin may contain a tag sequence at either or both of the N-terminus and C-terminus, which enables the isolation, immobilization, detection, visualization, etc. of the modified fibroin.
タグ配列を含む第6の改変フィブロインのより具体的な例として、(6-iii)配列番号35、配列番号36、配列番号37、配列番号38、配列番号39、配列番号40、配列番号41若しくは配列番号44で示されるアミノ酸配列を含む、改変フィブロイン、又は(6-iv)配列番号35、配列番号36、配列番号37、配列番号38、配列番号39、配列番号40、配列番号41若しくは配列番号44で示されるアミノ酸配列と90%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列を含む、改変フィブロインを挙げることができる。 More specific examples of the sixth modified fibroin containing a tag sequence include (6-iii) a modified fibroin containing the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 35, SEQ ID NO: 36, SEQ ID NO: 37, SEQ ID NO: 38, SEQ ID NO: 39, SEQ ID NO: 40, SEQ ID NO: 41, or SEQ ID NO: 44, or (6-iv) a modified fibroin containing an amino acid sequence having 90% or more sequence identity to the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 35, SEQ ID NO: 36, SEQ ID NO: 37, SEQ ID NO: 38, SEQ ID NO: 39, SEQ ID NO: 40, SEQ ID NO: 41, or SEQ ID NO: 44.
配列番号35、配列番号36、配列番号37、配列番号38、配列番号39、配列番号40、配列番号41及び配列番号44で示されるアミノ酸配列は、それぞれ配列番号27、配列番号28、配列番号29、配列番号30、配列番号31、配列番号32、配列番号33及び配列番号43で示されるアミノ酸配列のN末端に配列番号12で示されるアミノ酸配列(Hisタグ配列及びヒンジ配列を含む)を付加したものである。N末端にタグ配列を付加しただけであるため、グルタミン残基含有率に変化はなく、配列番号35、配列番号36、配列番号37、配列番号38、配列番号39、配列番号40、配列番号41及び配列番号44で示されるアミノ酸配列は、いずれもグルタミン残基含有率が9%以下である(表3)。The amino acid sequences represented by SEQ ID NOs:35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, and 44 are the amino acid sequences represented by SEQ ID NOs:27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, and 43, respectively, with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO:12 (including a His tag sequence and hinge sequence) added to the N-terminus. Because only a tag sequence has been added to the N-terminus, there is no change in the glutamine residue content, and the amino acid sequences represented by SEQ ID NOs:35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, and 44 all have a glutamine residue content of 9% or less (Table 3).
(6-iii)の改変フィブロインは、配列番号35、配列番号36、配列番号37、配列番号38、配列番号39、配列番号40、配列番号41又は配列番号44で示されるアミノ酸配列からなるものであってもよい。 The modified fibroin (6-iii) may consist of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 35, SEQ ID NO: 36, SEQ ID NO: 37, SEQ ID NO: 38, SEQ ID NO: 39, SEQ ID NO: 40, SEQ ID NO: 41 or SEQ ID NO: 44.
(6-iv)の改変フィブロインは、配列番号35、配列番号36、配列番号37、配列番号38、配列番号39、配列番号40、配列番号41又は配列番号44で示されるアミノ酸配列と90%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列を含むものである。(6-iv)の改変フィブロインもまた、式1:[(A)nモチーフ-REP]m、又は式2:[(A)nモチーフ-REP]m-(A)nモチーフで表されるドメイン配列を含むタンパク質である。上記配列同一性は、95%以上であることが好ましい。 The modified fibroin (6-iv) comprises an amino acid sequence having 90% or more sequence identity with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 35, SEQ ID NO: 36, SEQ ID NO: 37, SEQ ID NO: 38, SEQ ID NO: 39, SEQ ID NO: 40, SEQ ID NO: 41, or SEQ ID NO: 44. The modified fibroin (6-iv) is also a protein comprising a domain sequence represented by formula 1: [(A)n motif-REP]m, or formula 2: [(A)n motif-REP]m-(A)n motif. The sequence identity is preferably 95% or more.
(6-iv)の改変フィブロインは、グルタミン残基含有率が9%以下であることが好ましい。また、(6-iv)の改変フィブロインは、GPGXXモチーフ含有率が10%以上であることが好ましい。 The modified fibroin (6-iv) preferably has a glutamine residue content of 9% or less. Furthermore, the modified fibroin (6-iv) preferably has a GPGXX motif content of 10% or more.
第6の改変フィブロインは、組換えタンパク質生産系において生産されたタンパク質を宿主の外部に放出するための分泌シグナルを含んでいてもよい。分泌シグナルの配列は、宿主の種類に応じて適宜設定することができる。 The sixth modified fibroin may contain a secretion signal for releasing the protein produced in the recombinant protein production system outside the host. The sequence of the secretion signal can be appropriately set depending on the type of host.
改変フィブロインは、第1の改変フィブロイン、第2の改変フィブロイン、第3の改変フィブロイン、第4の改変フィブロイン、第5の改変フィブロイン、及び第6の改変フィブロインが有する特徴のうち、少なくとも2つ以上の特徴を併せ持つ改変フィブロインであってもよい。 The modified fibroin may be a modified fibroin that combines at least two or more of the characteristics of the first modified fibroin, the second modified fibroin, the third modified fibroin, the fourth modified fibroin, the fifth modified fibroin, and the sixth modified fibroin.
改変フィブロインは、親水性改変フィブロインであってもよく、疎水性改変フィブロインであってもよい。疎水性改変フィブロインとは、改変フィブロインを構成する全てのアミノ酸残基の疎水性指標(HI)の総和を求め、次にその総和を全アミノ酸残基数で除した値(平均HI)が0以上である改変フィブロインである。疎水性指標は表1に示したとおりである。また、親水性改変フィブロインとは、上記の平均HIが0未満である改変フィブロインである。 The modified fibroin may be hydrophilic or hydrophobic. A hydrophobic modified fibroin is a modified fibroin in which the sum of the hydrophobicity index (HI) of all amino acid residues constituting the modified fibroin is calculated and then this sum is divided by the total number of amino acid residues (average HI) to obtain a value of 0 or greater. The hydrophobicity index is as shown in Table 1. A hydrophilic modified fibroin is a modified fibroin in which the above average HI is less than 0.
疎水性改変フィブロインとしては、例えば、上述した第6の改変フィブロインを挙げることができる。疎水性改変フィブロインのより具体的な例としては、配列番号27、配列番号28、配列番号29、配列番号30、配列番号31、配列番号32、配列番号33又は配列番号43で示されるアミノ酸配列、配列番号35、配列番号37、配列番号38、配列番号39、配列番号40、配列番号41又は配列番号44で示されるアミノ酸配列を含む改変フィブロインが挙げられる。 An example of a hydrophobic modified fibroin is the sixth modified fibroin described above. More specific examples of hydrophobic modified fibroins include modified fibroins containing the amino acid sequences shown in SEQ ID NO:27, SEQ ID NO:28, SEQ ID NO:29, SEQ ID NO:30, SEQ ID NO:31, SEQ ID NO:32, SEQ ID NO:33, or SEQ ID NO:43, and the amino acid sequences shown in SEQ ID NO:35, SEQ ID NO:37, SEQ ID NO:38, SEQ ID NO:39, SEQ ID NO:40, SEQ ID NO:41, or SEQ ID NO:44.
親水性改変フィブロインとしては、例えば、上述した第1の改変フィブロイン、第2の改変フィブロイン、第3の改変フィブロイン、第4の改変フィブロイン、及び第5の改変フィブロインを挙げることができる。親水性クモ糸タンパク質のより具体的な例としては、配列番号4で示されるアミノ酸配列、配列番号6、配列番号7、配列番号8又は配列番号9で示されるアミノ酸配列、配列番号13、配列番号11、配列番号14又は配列番号15で示されるアミノ酸配列、配列番号18、配列番号7、配列番号8又は配列番号9で示されるアミノ酸配列、配列番号17、配列番号11、配列番号14又は配列番号15で示されるアミノ酸配列、配列番号19、配列番号20又は配列番号21で示されるアミノ酸配列を含む改変フィブロインが挙げられる。 Examples of hydrophilic modified fibroins include the first, second, third, fourth, and fifth modified fibroins described above. More specific examples of hydrophilic spider silk proteins include modified fibroins containing the amino acid sequence shown in SEQ ID NO:4, the amino acid sequence shown in SEQ ID NO:6, SEQ ID NO:7, SEQ ID NO:8, or SEQ ID NO:9, the amino acid sequence shown in SEQ ID NO:13, SEQ ID NO:11, SEQ ID NO:14, or SEQ ID NO:15, the amino acid sequence shown in SEQ ID NO:18, SEQ ID NO:7, SEQ ID NO:8, or SEQ ID NO:9, the amino acid sequence shown in SEQ ID NO:17, SEQ ID NO:11, SEQ ID NO:14, or SEQ ID NO:15, or the amino acid sequence shown in SEQ ID NO:19, SEQ ID NO:20, or SEQ ID NO:21.
上述した改変フィブロインは、1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて用いることができる。 The above-mentioned modified fibroins can be used alone or in combination of two or more types.
改変フィブロインは、例えば、当該改変フィブロインをコードする核酸配列と、当該核酸配列に作動可能に連結された1又は複数の調節配列とを有する発現ベクターで形質転換された宿主により、当該核酸を発現させることにより生産することができる。 The modified fibroin can be produced, for example, by expressing the nucleic acid using a host transformed with an expression vector having a nucleic acid sequence encoding the modified fibroin and one or more regulatory sequences operably linked to the nucleic acid sequence.
改変フィブロインをコードする核酸の製造方法は、特に制限されない。例えば、改変フィブロインをコードする遺伝子を利用して、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)等で増幅しクローニングする方法、又は、化学的に合成する方法によって、当該核酸を製造することができる。核酸の化学的な合成方法も特に制限されず、例えば、NCBIのウェブデータベースなどより入手したクモ糸タンパク質のアミノ酸配列情報をもとに、AKTA oligopilot plus 10/100(GEヘルスケア・ジャパン株式会社)等で自動合成したオリゴヌクレオチドをPCR等で連結する方法によって遺伝子を化学的に合成することができる。この際に、改変フィブロインの精製及び/又は確認を容易にするため、N末端に開始コドン及びHis10タグからなるアミノ酸配列を付加したアミノ酸配列からなる改変フィブロインをコードする核酸を合成してもよい。There are no particular limitations on the method for producing a nucleic acid encoding a modified fibroin. For example, the nucleic acid can be produced by amplifying and cloning a gene encoding the modified fibroin using techniques such as polymerase chain reaction (PCR), or by chemical synthesis. The method for chemically synthesizing the nucleic acid is also not particularly limited. For example, the gene can be chemically synthesized by linking oligonucleotides automatically synthesized using an AKTA Oligopilot Plus 10/100 (GE Healthcare Japan, Ltd.) or similar equipment using PCR, based on amino acid sequence information for spider silk proteins obtained from the NCBI web database. In this case, to facilitate the purification and/or identification of the modified fibroin, a nucleic acid encoding the modified fibroin may be synthesized that has an amino acid sequence to which an initiation codon and a His10 tag have been added at the N-terminus.
調節配列は、宿主における組換えタンパク質の発現を制御する配列(例えば、プロモーター、エンハンサー、リボソーム結合配列、転写終結配列等)であり、宿主の種類に応じて適宜選択することができる。プロモーターとして、宿主細胞中で機能し、目的とする改変フィブロインを発現誘導可能な誘導性プロモーターを用いてもよい。誘導性プロモーターは、誘導物質(発現誘導剤)の存在、リプレッサー分子の非存在、又は温度、浸透圧若しくはpH値の上昇若しくは低下等の物理的要因により、転写を制御できるプロモーターである。Regulatory sequences are sequences (e.g., promoters, enhancers, ribosome binding sequences, transcription termination sequences, etc.) that control the expression of recombinant proteins in hosts and can be selected appropriately depending on the type of host. The promoter may be an inducible promoter that functions in host cells and is capable of inducing the expression of the desired modified fibroin. An inducible promoter is a promoter that can control transcription by the presence of an inducer (expression inducer), the absence of a repressor molecule, or physical factors such as an increase or decrease in temperature, osmotic pressure, or pH value.
発現ベクターの種類は、プラスミドベクター、ウイルスベクター、コスミドベクター、フォスミドベクター、人工染色体ベクター等、宿主の種類に応じて適宜選択することができる。発現ベクターとしては、宿主細胞において自立複製が可能、又は宿主の染色体中への組込みが可能で、改変フィブロインをコードする核酸を転写できる位置にプロモーターを含有しているものが好適に用いられる。 The type of expression vector can be selected appropriately depending on the type of host, such as a plasmid vector, viral vector, cosmid vector, fosmid vector, or artificial chromosome vector. Expression vectors that are capable of autonomous replication in host cells or integration into host chromosomes and contain a promoter in a position that allows transcription of a nucleic acid encoding the modified fibroin are preferably used.
宿主として、原核生物、並びに酵母、糸状真菌、昆虫細胞、動物細胞及び植物細胞等の真核生物のいずれも好適に用いることができる。 Prokaryotes and eukaryotes such as yeast, filamentous fungi, insect cells, animal cells and plant cells can all be suitably used as hosts.
細菌等の原核生物を宿主として用いる場合は、発現ベクターは、原核生物中で自立複製が可能であると同時に、プロモーター、リボソーム結合配列、改変フィブロインをコードする核酸、及び転写終結配列を含むベクターであることが好ましい。プロモーターを制御する遺伝子が含まれていてもよい。When using a prokaryote such as a bacterium as a host, the expression vector is preferably a vector that is capable of autonomous replication in the prokaryote and that contains a promoter, a ribosome binding sequence, a nucleic acid encoding the modified fibroin, and a transcription termination sequence. A gene that controls the promoter may also be included.
原核生物としては、エシェリヒア属、ブレビバチルス属、セラチア属、バチルス属、ミクロバクテリウム属、ブレビバクテリウム属、コリネバクテリウム属及びシュードモナス属等に属する微生物を挙げることができる。エシェリヒア属に属する微生物として、例えば、エシェリヒア・コリ等を挙げることができる。ブレビバチルス属に属する微生物として、例えば、ブレビバチルス・アグリ等を挙げることができる。セラチア属に属する微生物として、例えば、セラチア・リクエファシエンス等を挙げることができる。バチルス属に属する微生物として、例えば、バチルス・サチラス等を挙げることができる。ミクロバクテリウム属に属する微生物として、例えば、ミクロバクテリウム・アンモニアフィラム等を挙げることができる。ブレビバクテリウム属に属する微生物として、例えば、ブレビバクテリウム・ディバリカタム等を挙げることができる。コリネバクテリウム属に属する微生物として、例えば、コリネバクテリウム・アンモニアゲネス等を挙げることができる。シュードモナス(Pseudomonas)属に属する微生物として、例えば、シュードモナス・プチダ等を挙げることができる。Prokaryotes include microorganisms belonging to the genera Escherichia, Brevibacillus, Serratia, Bacillus, Microbacterium, Brevibacterium, Corynebacterium, and Pseudomonas. Examples of microorganisms belonging to the genus Escherichia include Escherichia coli. Examples of microorganisms belonging to the genus Brevibacillus include Brevibacillus agri. Examples of microorganisms belonging to the genus Serratia include Serratia liquefaciens. Examples of microorganisms belonging to the genus Bacillus include Bacillus subtilis. Examples of microorganisms belonging to the genus Microbacterium include Microbacterium ammoniaphilum. Examples of microorganisms belonging to the genus Brevibacterium include Brevibacterium divaricatum. Examples of microorganisms belonging to the genus Corynebacterium include Corynebacterium ammoniagenes. Examples of microorganisms belonging to the genus Pseudomonas include Pseudomonas putida.
原核生物を宿主とする場合、改変フィブロインをコードする核酸を導入するベクターとしては、例えば、pBTrp2(ベーリンガーマンハイム社製)、pGEX(Pharmacia社製)、pUC18、pBluescriptII、pSupex、pET22b、pCold、pUB110、pNCO2(特開2002-238569号公報)等を挙げることができる。 When a prokaryote is used as a host, examples of vectors into which nucleic acids encoding modified fibroin can be introduced include pBTrp2 (Boehringer Mannheim), pGEX (Pharmacia), pUC18, pBluescript II, pSupex, pET22b, pCold, pUB110, and pNCO2 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-238569).
真核生物の宿主としては、例えば、酵母及び糸状真菌(カビ等)を挙げることができる。酵母としては、例えば、サッカロマイセス属、ピキア属、シゾサッカロマイセス属等に属する酵母を挙げることができる。糸状真菌としては、例えば、アスペルギルス属、ペニシリウム属、トリコデルマ(Trichoderma)属等に属する糸状真菌を挙げることができる。 Eukaryotic hosts include, for example, yeast and filamentous fungi (molds, etc.). Yeasts include, for example, yeasts belonging to the genera Saccharomyces, Pichia, and Schizosaccharomyces. Filamentous fungi include, for example, filamentous fungi belonging to the genera Aspergillus, Penicillium, and Trichoderma.
真核生物を宿主とする場合、改変フィブロインをコードする核酸を導入するベクターとしては、例えば、YEp13(ATCC37115)、YEp24(ATCC37051)等を挙げることができる。上記宿主細胞への発現ベクターの導入方法としては、上記宿主細胞へDNAを導入する方法であればいずれも用いることができる。例えば、カルシウムイオンを用いる方法〔Proc. Natl. Acad. Sci. USA,69,2110(1972)〕、エレクトロポレーション法、スフェロプラスト法、プロトプラスト法、酢酸リチウム法、コンピテント法等を挙げることができる。When a eukaryote is used as the host, examples of vectors for introducing a nucleic acid encoding a modified fibroin include YEp13 (ATCC 37115) and YEp24 (ATCC 37051). Any method for introducing DNA into the host cell can be used to introduce the expression vector into the host cell. Examples include the calcium ion method [Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 69, 2110 (1972)], electroporation, the spheroplast method, the protoplast method, the lithium acetate method, and the competent method.
発現ベクターで形質転換された宿主による核酸の発現方法としては、直接発現のほか、モレキュラー・クローニング第2版に記載されている方法等に準じて、分泌生産、融合タンパク質発現等を行うことができる。 In addition to direct expression, nucleic acids can be expressed by a host transformed with an expression vector through secretory production, fusion protein expression, etc., in accordance with the methods described in Molecular Cloning, 2nd Edition.
改変フィブロインは、例えば、形質転換された宿主を培養培地中で培養し、培養培地中に改変フィブロインを生成蓄積させ、該培養培地から採取することにより製造することができる。形質転換された宿主を培養培地中で培養する方法は、宿主の培養に通常用いられる方法に従って行うことができる。 Modified fibroin can be produced, for example, by culturing a transformed host in a culture medium, producing and accumulating modified fibroin in the culture medium, and then collecting the modified fibroin from the culture medium. The method for culturing a transformed host in a culture medium can be performed according to a method typically used for culturing hosts.
宿主が、大腸菌等の原核生物又は酵母等の真核生物である場合、培養培地として、該宿主が資化し得る炭素源、窒素源及び無機塩類等を含有し、該宿主の培養を効率的に行える培地であれば天然培地、合成培地のいずれを用いてもよい。 When the host is a prokaryote such as Escherichia coli or a eukaryote such as yeast, the culture medium may be either a natural medium or a synthetic medium, as long as it contains a carbon source, a nitrogen source, inorganic salts, etc. that can be utilized by the host and allows efficient cultivation of the host.
炭素源としては、該宿主が資化し得るものであればよく、例えば、グルコース、フラクトース、スクロース、及びこれらを含有する糖蜜、デンプン及びデンプン加水分解物等の炭水化物、酢酸及びプロピオン酸等の有機酸、並びにエタノール及びプロパノール等のアルコール類を用いることができる。 Any carbon source that can be assimilated by the host can be used, including, for example, carbohydrates such as glucose, fructose, sucrose, and those containing these, such as molasses, starch, and starch hydrolysates; organic acids such as acetic acid and propionic acid; and alcohols such as ethanol and propanol.
窒素源としては、例えば、アンモニア、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、酢酸アンモニウム及びリン酸アンモニウム等の無機酸又は有機酸のアンモニウム塩、その他の含窒素化合物、並びにペプトン、肉エキス、酵母エキス、コーンスチープリカー、カゼイン加水分解物、大豆粕及び大豆粕加水分解物、各種発酵菌体及びその消化物を用いることができる。 Nitrogen sources that can be used include, for example, ammonia, ammonium salts of inorganic or organic acids such as ammonium chloride, ammonium sulfate, ammonium acetate, and ammonium phosphate, other nitrogen-containing compounds, as well as peptone, meat extract, yeast extract, corn steep liquor, casein hydrolysate, soybean meal and soybean meal hydrolysate, various fermentation bacteria and their digested products.
無機塩類としては、例えば、リン酸第一カリウム、リン酸第二カリウム、リン酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化ナトリウム、硫酸第一鉄、硫酸マンガン、硫酸銅及び炭酸カルシウムを用いることができる。 Examples of inorganic salts that can be used include monopotassium phosphate, dipotassium phosphate, magnesium phosphate, magnesium sulfate, sodium chloride, ferrous sulfate, manganese sulfate, copper sulfate, and calcium carbonate.
大腸菌等の原核生物又は酵母等の真核生物の培養は、例えば、振盪培養又は深部通気攪拌培養等の好気的条件下で行うことができる。培養温度は、例えば、15~40℃である。培養時間は、通常16時間~7日間である。培養中の培養培地のpHは3.0~9.0に保持することが好ましい。培養培地のpHの調整は、無機酸、有機酸、アルカリ溶液、尿素、炭酸カルシウム及びアンモニア等を用いて行うことができる。 Culturing of prokaryotes such as Escherichia coli or eukaryotes such as yeast can be carried out under aerobic conditions, for example, by shaking culture or submerged aeration and stirring culture. The culture temperature is, for example, 15 to 40°C. The culture time is usually 16 hours to 7 days. The pH of the culture medium during culture is preferably maintained at 3.0 to 9.0. The pH of the culture medium can be adjusted using inorganic acids, organic acids, alkaline solutions, urea, calcium carbonate, ammonia, etc.
また、培養中必要に応じて、アンピシリン及びテトラサイクリン等の抗生物質を培養培地に添加してもよい。プロモーターとして誘導性のプロモーターを用いた発現ベクターで形質転換した微生物を培養するときには、必要に応じてインデューサーを培地に添加してもよい。例えば、lacプロモーターを用いた発現ベクターで形質転換した微生物を培養するときにはイソプロピル-β-D-チオガラクトピラノシド等を、trpプロモーターを用いた発現ベクターで形質転換した微生物を培養するときにはインドールアクリル酸等を培地に添加してもよい。 In addition, antibiotics such as ampicillin and tetracycline may be added to the culture medium as needed during cultivation. When culturing microorganisms transformed with an expression vector that uses an inducible promoter, an inducer may be added to the medium as needed. For example, isopropyl-β-D-thiogalactopyranoside or the like may be added to the medium when culturing microorganisms transformed with an expression vector that uses the lac promoter, and indoleacrylic acid or the like may be added to the medium when culturing microorganisms transformed with an expression vector that uses the trp promoter.
形質転換された宿主により生産された改変フィブロインは、タンパク質の単離精製に通常用いられている方法で単離及び精製することができる。例えば、改変フィブロインが、細胞内に溶解状態で発現した場合には、培養終了後、宿主細胞を遠心分離により回収し、水系緩衝液にけん濁した後、超音波破砕機、フレンチプレス、マントンガウリンホモゲナイザー及びダイノミル等により宿主細胞を破砕し、無細胞抽出液を得る。該無細胞抽出液を遠心分離することにより得られる上清から、タンパク質の単離精製に通常用いられている方法、すなわち、溶媒抽出法、硫安等による塩析法、脱塩法、有機溶媒による沈殿法、ジエチルアミノエチル(DEAE)-セファロース、DIAION HPA-75(三菱化成社製)等のレジンを用いた陰イオン交換クロマトグラフィー法、S-Sepharose FF(Pharmacia社製)等のレジンを用いた陽イオン交換クロマトグラフィー法、ブチルセファロース、フェニルセファロース等のレジンを用いた疎水性クロマトグラフィー法、分子篩を用いたゲルろ過法、アフィニティークロマトグラフィー法、クロマトフォーカシング法、等電点電気泳動等の電気泳動法等の方法を単独又は組み合わせて使用し、精製標品を得ることができる。The modified fibroin produced by the transformed host can be isolated and purified using methods commonly used for isolating and purifying proteins. For example, if the modified fibroin is expressed in a soluble state within the cells, after culturing, the host cells are collected by centrifugation and suspended in an aqueous buffer solution. The host cells are then disrupted using an ultrasonic homogenizer, French press, Manton-Gaulin homogenizer, Dynomill, or the like to obtain a cell-free extract. A purified sample can be obtained from the supernatant obtained by centrifuging the cell-free extract using methods commonly used for isolating and purifying proteins, i.e., solvent extraction, salting out with ammonium sulfate or the like, desalting, precipitation with an organic solvent, anion exchange chromatography using resins such as diethylaminoethyl (DEAE)-Sepharose and DIAION HPA-75 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), cation exchange chromatography using resins such as S-Sepharose FF (manufactured by Pharmacia), hydrophobic chromatography using resins such as butyl Sepharose and phenyl Sepharose, gel filtration using molecular sieves, affinity chromatography, chromatofocusing, electrophoresis such as isoelectric focusing, or the like, either alone or in combination.
上記クロマトグラフィーとしては、フェニル-トヨパール(東ソー)、DEAE-トヨパール(東ソー)、セファデックスG-150(ファルマシアバイオテク)を用いたカラムクロマトグラフィーが好ましく用いられる。 For the above chromatography, column chromatography using Phenyl-Toyopearl (Tosoh), DEAE-Toyopearl (Tosoh), or Sephadex G-150 (Pharmacia Biotech) is preferably used.
また、改変フィブロインが細胞内に不溶体を形成して発現した場合は、同様に宿主細胞を回収後、破砕し、遠心分離を行うことにより、沈殿画分として改変フィブロインの不溶体を回収する。回収した改変フィブロインの不溶体は蛋白質変性剤で可溶化することができる。該操作の後、上記と同様の単離精製法により改変フィブロインの精製標品を得ることができる。 Furthermore, if the modified fibroin is expressed by forming an insoluble body within the cells, the host cells can be similarly recovered, disrupted, and centrifuged to recover the insoluble modified fibroin as a precipitate fraction. The recovered insoluble modified fibroin can be solubilized with a protein denaturant. After this procedure, a purified modified fibroin preparation can be obtained using the same isolation and purification method as above.
改変フィブロインが細胞外に分泌された場合には、培養上清から改変フィブロインを回収することができる。すなわち、培養物を遠心分離等の手法により処理することにより培養上清を取得し、該培養上清から、上記と同様の単離精製法を用いることにより、精製標品を得ることができる。 If the modified fibroin is secreted outside the cells, it can be recovered from the culture supernatant. That is, the culture can be treated by centrifugation or other methods to obtain the culture supernatant, and a purified sample can be obtained from the culture supernatant using the same isolation and purification methods as described above.
本実施形態において、構造タンパク質の形状は特に限定されないが、マトリックス樹脂への分散性に優れ、補強用繊維の繊維束の開繊を促進する効果がより顕著に得られる観点から、繊維状又は粉末状であることが好ましい。すなわち、本実施形態の開繊剤は、構造タンパク質繊維、及び/又は、構造タンパク質粉末を含むことが好ましい。In this embodiment, the shape of the structural protein is not particularly limited, but from the viewpoints of excellent dispersibility in the matrix resin and more significantly promoting the opening of fiber bundles of reinforcing fibers, a fibrous or powdery form is preferred. In other words, the opening agent in this embodiment preferably contains structural protein fibers and/or structural protein powder.
構造タンパク質繊維は、上述したタンパク質を紡糸したものであってよい。構造タンパク質繊維は、クモ糸フィブロイン繊維、すなわち、天然クモ糸タンパク質に由来するポリペプチド(人工クモ糸タンパク質)を紡糸したものであることが好ましい。 The structural protein fibers may be spun from the above-mentioned proteins. Preferably, the structural protein fibers are spider silk fibroin fibers, i.e., spun from polypeptides derived from natural spider silk proteins (artificial spider silk proteins).
構造タンパク質繊維は、公知の紡糸方法によって製造することができる。すなわち、例えば、構造タンパク質繊維を製造する際には、まず、構造タンパク質をジメチルスルホキシド(DMSO)、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、又はヘキサフルオロイソプロノール(HFIP)等の溶媒に、溶解促進剤としての無機塩と共に添加し、溶解してドープ液を作製する。次いで、このドープ液を用いて、湿式紡糸、乾式紡糸又は乾湿式紡糸等の公知の紡糸方法により紡糸して、目的とする構造タンパク質繊維を得ることができる。 Structural protein fibers can be produced by known spinning methods. That is, for example, when producing structural protein fibers, the structural protein is first added to a solvent such as dimethyl sulfoxide (DMSO), N,N-dimethylformamide (DMF), or hexafluoroisopronol (HFIP) along with an inorganic salt as a dissolution promoter, and dissolved to prepare a dope solution. This dope solution can then be spun by a known spinning method such as wet spinning, dry spinning, or dry-wet spinning to obtain the desired structural protein fibers.
図1は、構造タンパク質繊維を製造するための紡糸装置の一例を示す概略図である。図1に示す紡糸装置10は、乾湿式紡糸用の紡糸装置の一例であり、押出し装置1と、凝固浴槽20と、洗浄浴槽21と、乾燥装置4とを、上流側から順に有している。 Figure 1 is a schematic diagram showing an example of a spinning apparatus for producing structural protein fibers. The spinning apparatus 10 shown in Figure 1 is an example of a spinning apparatus for dry-wet spinning, and has, in order from upstream, an extrusion device 1, a coagulation bath 20, a washing bath 21, and a drying device 4.
押出し装置1は貯槽7を有しており、ここにドープ液(紡糸原液)6が貯留される。凝固浴槽20に凝固液11(例えば、メタノール)が貯留される。ドープ液6は、貯槽7の下端部に取り付けられたギヤポンプ8により、凝固液11との間にエアギャップ19を開けて設けられたノズル9から押し出される。押し出されたドープ液6は、エアギャップ19を経て凝固液11内に供給される。凝固液11内でドープ液6から溶媒が除去されてタンパク質が凝固する。凝固したタンパク質は、洗浄浴槽21に導かれ、洗浄浴槽21内の洗浄液12により洗浄された後、洗浄浴槽21内に設置された第一ニップローラ13と第二ニップローラ14により、乾燥装置4へと送られる。このとき、例えば、第二ニップローラ14の回転速度を第一ニップローラ13の回転速度よりも速く設定すると、回転速度比に応じた倍率で延伸された構造タンパク質繊維36が得られる。洗浄液12中で延伸された構造タンパク質繊維は、洗浄浴槽21内を離脱してから、乾燥装置4内を通過する際に乾燥され、その後、ワインダーにて巻き取られる。このようにして、構造タンパク質繊維が、紡糸装置10により、最終的にワインダーに巻き取られた巻回物5として得られる。なお、18a~18gは糸ガイドである。The extrusion device 1 has a storage tank 7, in which a dope solution (spinning solution) 6 is stored. A coagulation bath 20 stores a coagulation liquid 11 (e.g., methanol). The dope solution 6 is extruded from a nozzle 9, which is provided with an air gap 19 between the nozzle and the coagulation liquid 11, by a gear pump 8 attached to the lower end of the storage tank 7. The extruded dope solution 6 is supplied into the coagulation liquid 11 through the air gap 19. The solvent is removed from the dope solution 6 in the coagulation liquid 11, causing the protein to coagulate. The coagulated protein is introduced into a washing bath 21, where it is washed with a washing liquid 12 in the washing bath 21. It is then sent to the drying device 4 by a first nip roller 13 and a second nip roller 14 installed in the washing bath 21. At this time, for example, by setting the rotation speed of the second nip roller 14 faster than the rotation speed of the first nip roller 13, structural protein fibers 36 are obtained that are stretched at a ratio corresponding to the rotation speed ratio. The structural protein fibers stretched in the washing solution 12 are dried as they leave the washing bath 21 and pass through the drying device 4, and then are wound up by the winder. In this way, the structural protein fibers are obtained by the spinning device 10 as a wound product 5 that is finally wound up by the winder. Note that 18a to 18g are yarn guides.
凝固液11としては、脱溶媒できる溶液であればよく、例えば、メタノール、エタノール及び2-プロパノール等の炭素数1~5の低級アルコール、並びにアセトン等を挙げることができる。凝固液11は、適宜水を含んでいてもよい。凝固液11の温度は、0~30℃であることが好ましい。凝固したタンパク質が凝固液11中を通過する距離(実質的には、糸ガイド18aから糸ガイド18bまでの距離)は、脱溶媒が効率的に行える長さがあればよく、例えば、200~500mmである。凝固液11中での滞留時間は、例えば、0.01~3分であってよく、0.05~0.15分であることが好ましい。また、凝固液11中で延伸(前延伸)をしてもよい。 The coagulation liquid 11 may be any solution that can be desolvated, such as lower alcohols having 1 to 5 carbon atoms, such as methanol, ethanol, and 2-propanol, as well as acetone. The coagulation liquid 11 may contain water as appropriate. The temperature of the coagulation liquid 11 is preferably 0 to 30°C. The distance the coagulated protein passes through the coagulation liquid 11 (effectively, the distance from thread guide 18a to thread guide 18b) may be long enough to efficiently desolvate the protein, and may be, for example, 200 to 500 mm. The residence time in the coagulation liquid 11 may be, for example, 0.01 to 3 minutes, and preferably 0.05 to 0.15 minutes. Stretching (pre-stretching) may also be performed in the coagulation liquid 11.
なお、構造タンパク質繊維を得る際に洗浄浴槽21内で実施される延伸は、温水中、温水に有機溶剤等を加えた溶液中等で行う、いわゆる湿熱延伸であってもよい。この湿熱延伸の温度としては、例えば、50~90℃であってよく、75~85℃が好ましい。湿熱延伸では、未延伸糸(又は前延伸糸)を、例えば、1倍~10倍延伸することができ、2~8倍延伸することが好ましい。 The stretching performed in the cleaning bath 21 to obtain structural protein fibers may be so-called wet heat stretching, which is performed in warm water or in a solution of warm water to which an organic solvent or the like has been added. The temperature for this wet heat stretching may be, for example, 50 to 90°C, with 75 to 85°C being preferred. In wet heat stretching, the unstretched yarn (or pre-stretched yarn) can be stretched, for example, 1 to 10 times, with 2 to 8 times being preferred.
構造タンパク質繊維は、短繊維(すなわち、繊維長5mm以下の繊維)であることが好ましい。構造タンパク質繊維の繊維長は、5mm以下が好ましく、1mm以下であることがより好ましい。このような構造タンパク質繊維は、マトリックス樹脂への分散性に一層優れており、補強用繊維の繊維束の開繊を促進する効果がより顕著に得られる。また、構造タンパク質繊維の繊維長の下限は特に限定されず、例えば0.1mm以上であってよく、0.25mm以上であってもよい。 The structural protein fibers are preferably short fibers (i.e., fibers with a fiber length of 5 mm or less). The fiber length of the structural protein fibers is preferably 5 mm or less, and more preferably 1 mm or less. Such structural protein fibers have better dispersibility in the matrix resin and more significantly promote the opening of fiber bundles of the reinforcing fibers. Furthermore, there is no particular lower limit to the fiber length of the structural protein fibers, and they may be, for example, 0.1 mm or more, or 0.25 mm or more.
構造タンパク質繊維は、上述の好適な繊維長となるように繊維カット機を用いてカットされたものであってよい。すなわち、構造タンパク質繊維はチョップドファイバーであってよい。 The structural protein fibers may be cut using a fiber cutter to the preferred fiber length described above. In other words, the structural protein fibers may be chopped fibers.
構造タンパク質粉末は、例えば、構造タンパク質を粉砕機を用いて粉砕したものであってよく、繊維カット機等で細かくカットしたものであってもよい。分散性に優れる構造タンパク質粉末が得られやすい観点からは、構造タンパク質粉末は、例えば、構造タンパク質繊維を粉砕又はカットしたものであってよい。 The structural protein powder may be, for example, a structural protein that has been pulverized using a grinder, or may be finely cut using a fiber cutter or the like. From the perspective of easily obtaining a structural protein powder with excellent dispersibility, the structural protein powder may be, for example, a structural protein powder that has been pulverized or cut.
本実施形態の開繊剤は、補強用繊維の繊維束とマトリックス樹脂との複合化時に配合されればよい。例えば、繊維強化複合材は、補強用繊維の繊維束とマトリックス樹脂と本実施形態の開繊剤との混合により製造してよい。また、繊維強化複合材は、マトリックス樹脂及び開繊剤を含む樹脂シートと補強用繊維の繊維束との複合化により製造してもよい。 The opening agent of this embodiment may be blended when the reinforcing fiber bundles are combined with the matrix resin. For example, a fiber-reinforced composite material may be produced by mixing the reinforcing fiber bundles, the matrix resin, and the opening agent of this embodiment. Alternatively, a fiber-reinforced composite material may be produced by combining a resin sheet containing the matrix resin and the opening agent with the reinforcing fiber bundles.
本実施形態の開繊剤の配合量は、後述の繊維強化複合材における好適な含有量範囲を満たすように配合することが好ましい。 The amount of opening agent in this embodiment is preferably blended so as to satisfy the preferred content range in the fiber-reinforced composite material described below.
本実施形態の開繊剤は、繊維強化複合材中の補強用繊維の繊維束の配向を抑制する効果も有する。すなわち、本実施形態の開繊剤は、補強用繊維が複数本束ねられた繊維束とマトリックス樹脂とを含む繊維強化複合材に配合されて、前記繊維束の配向を抑制する配向抑制剤であってもよい。The opening agent of this embodiment also has the effect of suppressing the orientation of fiber bundles of reinforcing fibers in a fiber-reinforced composite material. That is, the opening agent of this embodiment may be incorporated into a fiber-reinforced composite material containing a fiber bundle formed by bundling multiple reinforcing fibers and a matrix resin, and may function as an orientation suppressor that suppresses the orientation of the fiber bundles.
(繊維強化複合材)
本実施形態の繊維強化複合材は、補強用繊維の繊維束と、マトリックス樹脂と、上述の開繊剤とを含む。
(fiber reinforced composites)
The fiber reinforced composite material of this embodiment includes fiber bundles of reinforcing fibers, a matrix resin, and the above-mentioned opening agent.
本実施形態において、マトリックス樹脂としては、繊維強化複合材に用いられる公知の樹脂を特に限定なく使用できる。マトリックス樹脂としては、例えば、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、メチルメタアクリレート、ポリプロピレン、ナイロン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリアセタール、ポリカーボネート、ABS、AES、PET、PBT、PPS、LCP、PEEK、ポリウレタン、ユリア樹脂、シリコン樹脂等が挙げられる。マトリックス樹脂は、熱可塑性樹脂であってよく、熱硬化性樹脂であってもよい。In this embodiment, the matrix resin may be any known resin used in fiber-reinforced composites, without any particular limitation. Examples of matrix resins include vinyl ester resin, unsaturated polyester, phenolic resin, melamine resin, epoxy resin, polyamide resin, methyl methacrylate, polypropylene, nylon, polyethylene, polystyrene, polyacetal, polycarbonate, ABS, AES, PET, PBT, PPS, LCP, PEEK, polyurethane, urea resin, and silicone resin. The matrix resin may be a thermoplastic resin or a thermosetting resin.
マトリックス樹脂の含有量は特に限定されないが、例えば35質量%以上であってよく、好ましくは45質量%以上である。また、マトリックス樹脂の含有量は、例えば65質量%以下であってよく、好ましくは55質量%以下である。The matrix resin content is not particularly limited, but may be, for example, 35% by mass or more, and preferably 45% by mass or more. The matrix resin content may be, for example, 65% by mass or less, and preferably 55% by mass or less.
本実施形態において、補強用繊維としては、繊維強化複合材に用いられる公知の補強用繊維を特に限定なく使用できる。補強用繊維は、例えば、炭素繊維、ボロン繊維、アラミド繊維、ポリエチレン繊維、ザイロン(登録商標)繊維等を好適に用いることができる。また、補強用繊維としては、ポリアミド繊維、ポリイミド繊維などの合成繊維、アルミナ繊維、チタン繊維、スチール繊維、銅繊維などの金属繊維、竹繊維、ケナフ繊維、バガス繊維などの植物由来の天然繊維、ガラス繊維、バサルト繊維などの無機繊維等を用いることもできる。In this embodiment, the reinforcing fibers can be any known reinforcing fibers used in fiber-reinforced composites, without any particular limitations. Suitable reinforcing fibers include, for example, carbon fiber, boron fiber, aramid fiber, polyethylene fiber, and Zylon (registered trademark) fiber. Other reinforcing fibers that can be used include synthetic fibers such as polyamide fiber and polyimide fiber; metal fibers such as alumina fiber, titanium fiber, steel fiber, and copper fiber; natural fibers derived from plants such as bamboo fiber, kenaf fiber, and bagasse fiber; and inorganic fibers such as glass fiber and basalt fiber.
補強用繊維の繊維長は特に限定されず、いわゆる長繊維(例えば繊維長50mmを超える繊維)であってもよく、短繊維(例えば繊維長50mm以下の繊維)であってもよく、連続繊維であってもよい。 The fiber length of the reinforcing fibers is not particularly limited, and they may be so-called long fibers (e.g., fibers with a fiber length of more than 50 mm), short fibers (e.g., fibers with a fiber length of 50 mm or less), or continuous fibers.
好適な一態様において、補強用繊維は炭素繊維であってよい。このような繊維強化複合材では、開繊剤による繊維束の開繊の促進効果がより顕著に奏される。炭素繊維としては、繊維長50mm以下の短繊維がより好ましい。In a preferred embodiment, the reinforcing fibers may be carbon fibers. In such fiber-reinforced composites, the opening agent has a more pronounced effect of promoting the opening of fiber bundles. Short carbon fibers with a fiber length of 50 mm or less are more preferred.
補強用繊維の含有量は特に限定されないが、例えば25質量%以上であってよく、好ましくは35質量%以上である。また、補強用繊維の含有量は、例えば55質量%以下であってよく、好ましくは45質量%以下である。The reinforcing fiber content is not particularly limited, but may be, for example, 25% by mass or more, and preferably 35% by mass or more. The reinforcing fiber content may be, for example, 55% by mass or less, and preferably 45% by mass or less.
開繊剤の含有量は特に限定されないが、例えば0.5質量%以上であってよく、好ましくは1質量%以上である。また、開繊剤の含有量は、例えば10質量%以下であってよく、好ましくは5質量%以下である。The amount of the opening agent is not particularly limited, but may be, for example, 0.5% by mass or more, and preferably 1% by mass or more. The amount of the opening agent may be, for example, 10% by mass or less, and preferably 5% by mass or less.
繊維強化複合材は、上記以外の他の成分を更に含有していてよい。他の成分としては、例えば、充填材、硬化剤、低収縮化剤、内部離型剤等が挙げられる。 The fiber-reinforced composite may further contain other components in addition to those listed above. Examples of other components include fillers, curing agents, low-profile agents, and internal mold release agents.
充填材としては、例えば、炭酸カルシウム、水素化アルミニウム、硫酸バリウム、クレイ、マイカ等が挙げられる。充填材の含有量は特に限定されず、例えば0.5質量%以上であってよく、1質量%以上が好ましく、50質量%以下であってよく、20質量%以下が好ましい。 Examples of fillers include calcium carbonate, aluminum hydride, barium sulfate, clay, and mica. The filler content is not particularly limited and may be, for example, 0.5% by mass or more, preferably 1% by mass or more, or 50% by mass or less, preferably 20% by mass or less.
繊維強化複合材の製造方法は特に限定されない。マトリックス樹脂と補強用繊維とを複合化する方法としては、例えば、ハンドレイアップ法、スプレーアップ法、予め補強用繊維と樹脂成分とを混合したシート状のものを金型で圧縮成型するSMCプレス法、インジェクション成形の様に繊維を敷き詰めた合わせ型に樹脂を注入するRTM法、オートクレーブ成形法、脱オートクレーブ成形法などを用いることができる。また、熱可塑性樹脂のインジェクション、熱硬化性樹脂のBMC(Bulk Mooding Compound)インジェクション、マット状の繊維に熱可塑性樹脂を含浸させたGMT(Glass-Mat reinforced Thermoplastics)プレス工法、抄造法、ニードルパンチで複合化する方法等、公知の複合化方法を用いることができる。 The manufacturing method of fiber-reinforced composite materials is not particularly limited. Examples of methods that can be used to combine matrix resin and reinforcing fibers include hand layup, spray-up, SMC press, which compresses a sheet-like mixture of reinforcing fibers and resin components in a mold, RTM, which injects resin into a mold filled with fibers similar to injection molding, autoclave molding, and de-autoclave molding. Other known methods that can be used include thermoplastic resin injection, BMC (bulk molding compound) injection of thermosetting resin, GMT (glass-mat reinforced thermoplastics) press, which impregnates a mat of fibers with a thermoplastic resin, papermaking, and needle punching.
開繊剤を添加するタイミングは特に限定されず、例えば、上述の複合化方法における樹脂成分に予め添加されていてよく、複合化と同時に添加されてもよい。 The timing of adding the opening agent is not particularly limited; for example, it may be added in advance to the resin component in the above-mentioned compounding method, or it may be added at the same time as compounding.
以下に、繊維強化複合材の製造方法の具体例として、第一の態様及び第二の態様について説明する。 Below, the first and second embodiments are described as specific examples of methods for producing fiber-reinforced composite materials.
第一の態様に係る製造方法は、樹脂成分と開繊剤とを含有する樹脂組成物に、補強用繊維を混合する工程を含む。樹脂組成物と補強用繊維との混合方法は特に限定されず、例えば、押し出し機、混練機等であってよい。 The manufacturing method according to the first aspect includes a step of mixing reinforcing fibers with a resin composition containing a resin component and an opening agent. The method for mixing the resin composition and reinforcing fibers is not particularly limited, and may be, for example, an extruder, a kneader, or the like.
第一の態様における樹脂成分は、繊維強化複合材のマトリックス樹脂を形成する成分であり、例えば、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂であってよい。 The resin component in the first aspect is a component that forms the matrix resin of the fiber-reinforced composite material and may be, for example, a thermoplastic resin or a thermosetting resin.
樹脂成分が熱硬化性樹脂であるとき、樹脂組成物は硬化剤を更に含有していてよく、上記製造方法は樹脂組成物を硬化する工程を更に備えていてよい。硬化剤及び硬化方法は特に限定されず、熱硬化性樹脂の種類等に応じて、公知の硬化剤及び硬化方法を適用できる。 When the resin component is a thermosetting resin, the resin composition may further contain a curing agent, and the above-mentioned manufacturing method may further include a step of curing the resin composition. The curing agent and curing method are not particularly limited, and known curing agents and curing methods can be applied depending on the type of thermosetting resin, etc.
第二の態様に係る製造方法は、樹脂成分と開繊剤とを含有する樹脂組成物をシート状に均して、樹脂シートを形成するシート化工程と、樹脂シート上に補強用繊維を配置して樹脂シートと補強用繊維とを複合化する複合化工程と、を含む。 The manufacturing method according to the second aspect includes a sheeting process in which a resin composition containing a resin component and a fiber-opening agent is flattened into a sheet to form a resin sheet, and a compounding process in which reinforcing fibers are placed on the resin sheet to compound the resin sheet and the reinforcing fibers.
第二の態様における樹脂成分は、繊維強化複合材のマトリックス樹脂を形成する成分であり、例えば、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂であってよい。 In the second aspect, the resin component is a component that forms the matrix resin of the fiber-reinforced composite and may be, for example, a thermoplastic resin or a thermosetting resin.
樹脂成分が熱硬化性樹脂であるとき、樹脂組成物は硬化剤を更に含有していてよく、上記製造方法は樹脂組成物を硬化する工程を更に備えていてよい。硬化剤及び硬化方法は特に限定されず、熱硬化性樹脂の種類等に応じて、公知の硬化剤及び硬化方法を適用できる。 When the resin component is a thermosetting resin, the resin composition may further contain a curing agent, and the above-mentioned manufacturing method may further include a step of curing the resin composition. The curing agent and curing method are not particularly limited, and known curing agents and curing methods can be applied depending on the type of thermosetting resin, etc.
第二の態様において、樹脂組成物の成形方法は特に限定されず、例えば圧縮成形等の方法が挙げられる。 In the second aspect, the method for molding the resin composition is not particularly limited, and examples include methods such as compression molding.
第二の態様において、樹脂シートと補強用繊維とを複合化する方法は特に限定されず、例えば樹脂シート上に補強用繊維を散布する方法等が挙げられる。 In the second aspect, the method for combining the resin sheet and reinforcing fibers is not particularly limited, and examples include a method of scattering reinforcing fibers on a resin sheet.
本実施形態に係る繊維強化複合材の用途は特に限定されない。例えば、繊維強化複合材は、自動車、鉄道車両、船舶、航空機、ロケット、人工衛星、ロボット等の構造体のフレーム、インナーパネル、アウターパネル等の部材に好適に用いることができる。 The uses of the fiber-reinforced composite material according to this embodiment are not particularly limited. For example, the fiber-reinforced composite material can be suitably used for components such as frames, inner panels, and outer panels of structures such as automobiles, railway vehicles, ships, aircraft, rockets, artificial satellites, and robots.
また、繊維強化複合材は、自動車のブレーキディスク、ホイール、燃料タンク、フード、ルーフ、サイドドア、バックドア、ラゲージのインナーパネル、アウターパネル、外装部品、構造部品、下回り部品、エンジン関係部品、FC車・EV車用部品、その他の部品等に好適に用いることができる。なお、外装部品としては、例えばバンパー、ロッカーモール、ピラー、ルーフモール等が挙げられる。また、構造部品としては、例えばバンパーリンホース、リアフロアパン、クラッシュボックス、ダッシュパネル、リアパーテーション、シートバックフレーム、ブレース類等が挙げられる。また、下回り部品としては、ロアアブソーバー、アンダーカバー等が挙げられる。また、エンジン関係部品として、エンジンカバー、エンジンアンダーカバー、シリンダーヘッドカバー、オイルパン、ラジエーターサポート、タイミングベルト・チェーンカバー等が挙げられる。また、FC車・EV車用部品としては、スタックフレーム、スタックエンドプレート、FCセル、インバーターカバー、インバーターケース、ローターモータ、ステーターモータ、リアクトル等が挙げられる。また、その他の部品としては、ブラケット類、アンカー類、ペダル類、板金部品類等が挙げられる。Fiber-reinforced composites can be used in automobile brake discs, wheels, fuel tanks, hoods, roofs, side doors, back doors, luggage inner and outer panels, exterior parts, structural parts, undercarriage parts, engine-related parts, fuel cell and electric vehicle parts, and other parts. Exterior parts include bumpers, rocker moldings, pillars, and roof moldings. Structural parts include bumper reinforcements, rear floor pans, crash boxes, dash panels, rear partitions, seatback frames, and braces. Undercarriage parts include lower absorbers and undercovers. Engine-related parts include engine covers, engine undercovers, cylinder head covers, oil pans, radiator supports, and timing belt and chain covers. Fuel cell and electric vehicle parts include stack frames, stack end plates, fuel cell cells, inverter covers, inverter cases, rotor motors, stator motors, and reactors. Other parts include brackets, anchors, pedals, sheet metal parts, etc.
また、繊維強化複合材は、航空機の前脚扉、主脚扉、フロアビーム、エンジンカバー、補助翼、翼胴フェアリング、水平尾翼、垂直尾翼、方向舵、昇降舵等に好適に用いることができる。 Fiber-reinforced composites can also be suitably used for aircraft nose landing gear doors, main landing gear doors, floor beams, engine covers, ailerons, wing-body fairings, horizontal stabilizers, vertical stabilizers, rudders, elevators, etc.
また、繊維強化複合材は、船舶のマスト、ドローンのフレーム、スーツケース、貨物用コンテナ、電子・電気機器(例えば、パソコン、ディスプレイ、プロジェクタ、カメラ、携帯電話、スマートフォン、タブレット等)の筐体、釣り具(例えば、釣竿、リール)、ゴルフクラブシャフト、ゴルフクラブヘッド、ラケット(例えば、テニス用、バドミントン用、スカッシュ用、卓球用)、自動車のフレーム、フロントフォーク、リム、野球用バット、スキー板、ホッケースティック、スキー用ストック、剣道用竹刀、和弓、洋弓、卓球台、ビリヤード用キュー、ゲートボール用スティック、建築・土木用素材、風力発電用ブレード(風車)、フライホイール、パイプ類、パラボラアンテナ、義足、車いす、ベッド、携帯用スロープ、松葉杖、人工骨等の用途にも好適に用いることができる。 Fiber-reinforced composites can also be used effectively in applications such as ship masts, drone frames, suitcases, cargo containers, housings for electronic and electrical devices (e.g., personal computers, displays, projectors, cameras, mobile phones, smartphones, tablets, etc.), fishing equipment (e.g., fishing rods and reels), golf club shafts, golf club heads, rackets (e.g., for tennis, badminton, squash, and table tennis), automobile frames, front forks, rims, baseball bats, skis, hockey sticks, ski poles, kendo bamboo swords, Japanese bows and arrows, Western-style bows, table tennis tables, billiard cues, gateball sticks, construction and civil engineering materials, wind power generation blades (wind turbines), flywheels, pipes, parabolic antennas, prosthetic limbs, wheelchairs, beds, portable ramps, crutches, and artificial bones.
以上、本発明の好適な実施形態について説明したら、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。 The above describes a preferred embodiment of the present invention, but the present invention is not limited to the above embodiment.
例えば、上述のとおり、上記実施形態の開繊剤は、繊維強化複合材中の補強用繊維の繊維束の配向を抑制する効果も有する。したがって、本発明の一側面は、補強用繊維が複数本束ねられた繊維束とマトリックス樹脂とを含む繊維強化複合材に配合されて、補強用繊維の繊維束の配向を抑制する配向抑制剤ということができる。For example, as described above, the opening agent of the above embodiment also has the effect of suppressing the orientation of reinforcing fiber bundles in a fiber-reinforced composite material. Therefore, one aspect of the present invention can be described as an orientation suppressor that is blended into a fiber-reinforced composite material containing a fiber bundle formed by bundling multiple reinforcing fibers and a matrix resin, and suppresses the orientation of the reinforcing fiber bundles.
以下、実施例に基づいて本発明をより具体的に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail below based on examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
(実施例1-1)
〔タンパク質の製造〕
(1)発現ベクターの作製
紡糸原液に含まれるタンパク質として、ネフィラ・クラビペス(Nephila clavipes)由来のフィブロイン(GenBankアクセッション番号:P46804.1、GI:1174415)の塩基配列及びアミノ酸配列に基づき、配列番号15を有する改変フィブロイン(クモ糸フィブロイン、以下「PRT799」ともいう。)を設計した。なお、配列番号15で示されるアミノ酸配列は、ネフィラ・クラビペス由来のフィブロインのアミノ酸配列に対して、生産性の向上を目的としてアミノ酸残基の置換、挿入及び欠失を施したアミノ酸配列を有し、さらにN末端に配列番号12で示されるアミノ酸配列(タグ配列及びヒンジ配列)が付加されている。
(Example 1-1)
[Protein production]
(1) Preparation of Expression Vector A modified fibroin (spider silk fibroin, hereinafter also referred to as "PRT799") having SEQ ID NO: 15 was designed based on the base sequence and amino acid sequence of fibroin derived from Nephila clavipes (GenBank accession number: P46804.1, GI: 1174415) as a protein contained in the spinning dope. Note that the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 15 has an amino acid sequence in which amino acid residues have been substituted, inserted, and deleted with the aim of improving productivity compared to the amino acid sequence of fibroin derived from Nephila clavipes, and further has the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 12 (tag sequence and hinge sequence) added to the N-terminus.
次に、設計した配列番号15で示されるアミノ酸配列を有する改変フィブロインPRT799をコードする核酸を合成した。当該核酸には、5’末端にNdeIサイト及び終止コドン下流にEcoRIサイトを付加した。当該核酸をクローニングベクター(pUC118)にクローニングした。その後、同核酸をNdeI及びEcoRIで制限酵素処理して切り出した後、それぞれタンパク質発現ベクターpET-22b(+)に組換えて発現ベクターを得た。Next, a nucleic acid encoding the modified fibroin PRT799, which has the designed amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 15, was synthesized. An NdeI site was added to the 5' end of the nucleic acid, and an EcoRI site was added downstream of the termination codon. The nucleic acid was cloned into a cloning vector (pUC118). The nucleic acid was then excised using restriction enzyme treatment with NdeI and EcoRI, and then recombined into the protein expression vector pET-22b(+), respectively, to obtain expression vectors.
(2)タンパク質の発現
(1)で得られた発現ベクターで、大腸菌BLR(DE3)を形質転換した。当該形質転換大腸菌を、アンピシリンを含む2mLのLB培地で15時間培養した。当該培養液を、アンピシリンを含む100mLのシード培養用培地(表4)にOD600が0.005となるように添加した。培養液温度を30℃に保ち、OD600が5になるまでフラスコ培養を行い(約15時間)、シード培養液を得た。
(2) Protein Expression Escherichia coli BLR(DE3) was transformed with the expression vector obtained in (1). The transformed Escherichia coli was cultured in 2 mL of LB medium containing ampicillin for 15 hours. The culture solution was added to 100 mL of seed culture medium (Table 4) containing ampicillin so that the OD600 became 0.005. The culture solution temperature was maintained at 30°C, and flask culture was continued until the OD600 reached 5 (approximately 15 hours), to obtain a seed culture solution.
当該シード培養液を500mLの生産培地(表5)を添加したジャーファーメンターにOD600が0.05となるように添加した。培養液温度を37℃に保ち、pH6.9で一定に制御して培養した。また培養液中の溶存酸素濃度を、溶存酸素飽和濃度の20%に維持するようにした。The seed culture was added to a jar fermenter containing 500 mL of production medium (Table 5) so that the OD600 reached 0.05. The culture temperature was maintained at 37°C, and the pH was controlled to a constant 6.9. The dissolved oxygen concentration in the culture was maintained at 20% of the dissolved oxygen saturation concentration.
生産培地中のグルコースが完全に消費された直後に、フィード液(グルコース455g/1L、Yeast Extract 120g/1L)を1mL/分の速度で添加した。培養液温度を37℃に保ち、pH6.9で一定に制御して培養した。また培養液中の溶存酸素濃度を、溶存酸素飽和濃度の20%に維持するようにし、20時間培養を行った。その後、1Mのイソプロピル-β-チオガラクトピラノシド(IPTG)を培養液に対して終濃度1mMになるよう添加し、改変フィブロインを発現誘導させた。IPTG添加後20時間経過した時点で、培養液を遠心分離し、菌体を回収した。IPTG添加前とIPTG添加後の培養液から調製した菌体を用いてSDS-PAGEを行い、IPTG添加に依存した目的とするクモ糸フィブロインサイズのバンドの出現により、目的とする改変フィブロインタンパク質の発現を確認した。Immediately after the glucose in the production medium was completely consumed, a feed solution (455 g/L glucose, 120 g/L yeast extract) was added at a rate of 1 mL/min. The culture temperature was maintained at 37°C, and the pH was controlled at a constant 6.9. The dissolved oxygen concentration in the culture medium was maintained at 20% of the dissolved oxygen saturation concentration, and the culture was continued for 20 hours. 1 M isopropyl-β-thiogalactopyranoside (IPTG) was then added to the culture medium to a final concentration of 1 mM to induce expression of the modified fibroin. Twenty hours after IPTG addition, the culture medium was centrifuged and the cells were collected. SDS-PAGE was performed using cells prepared from the culture medium before and after IPTG addition. Expression of the desired modified fibroin protein was confirmed by the appearance of a band of the desired spider silk fibroin size, which was dependent on IPTG addition.
(3)タンパク質の精製
IPTGを添加してから2時間後に回収した菌体を20mM Tris-HCl buffer(pH7.4)で洗浄した。洗浄後の菌体を約1mMのPMSFを含む20mM Tris-HCl緩衝液(pH7.4)に懸濁させ、高圧ホモジナイザー(GEA Niro Soavi社製)で細胞を破砕した。破砕した細胞を遠心分離し、沈殿物を得た。得られた沈殿物を、高純度になるまで20mM Tris-HCl緩衝液(pH7.4)で洗浄した。洗浄後の沈殿物を100mg/mLの濃度になるように8M グアニジン緩衝液(8M グアニジン塩酸塩、10mM リン酸二水素ナトリウム、20mM NaCl、1mM Tris-HCl、pH7.0)で懸濁し、60℃で30分間、スターラーで撹拌し、溶解させた。溶解後、透析チューブ(三光純薬株式会社製のセルロースチューブ36/32)を用いて水で透析を行った。透析後に得られた白色の凝集タンパク質を遠心分離により回収し、凍結乾燥機で水分を除き、凍結乾燥粉末を回収することにより、目的の改変フィブロインタンパク質(PRT799)を得た。
(3) Protein Purification The bacterial cells harvested 2 hours after the addition of IPTG were washed with 20 mM Tris-HCl buffer (pH 7.4). The washed bacterial cells were suspended in 20 mM Tris-HCl buffer (pH 7.4) containing approximately 1 mM PMSF, and the cells were disrupted using a high-pressure homogenizer (GEA Niro Soavi). The disrupted cells were centrifuged to obtain a precipitate. The resulting precipitate was washed with 20 mM Tris-HCl buffer (pH 7.4) until highly purified. The washed precipitate was suspended in 8 M guanidine buffer (8 M guanidine hydrochloride, 10 mM sodium dihydrogen phosphate, 20 mM NaCl, 1 mM Tris-HCl, pH 7.0) to a concentration of 100 mg/mL, and dissolved by stirring with a stirrer at 60°C for 30 minutes. After dissolution, the solution was dialyzed against water using a dialysis tube (Cellulose tube 36/32 manufactured by Sanko Junyaku Co., Ltd.) The white aggregated protein obtained after dialysis was recovered by centrifugation, and the water was removed using a freeze-dryer. The freeze-dried powder was recovered to obtain the desired modified fibroin protein (PRT799).
〔開繊剤の製造〕
ジメチルスルホキシド(DMSO)に、上述のPRT799を濃度24質量%となるよう添加した後、溶解促進剤としてLiClを濃度4.0質量%添加し、その後、シェーカーを使用して3時間溶解させた。その後、ゴミと泡を取り除き、ドープ液とした。ドープ液の溶液粘度は90℃において5000cP(センチポアズ)であった。
[Production of fiber-opening agent]
The above-mentioned PRT799 was added to dimethyl sulfoxide (DMSO) to a concentration of 24% by mass, and then LiCl was added as a dissolution promoter to a concentration of 4.0% by mass. The mixture was then dissolved using a shaker for 3 hours. Dust and bubbles were then removed to obtain a dope solution. The solution viscosity of the dope solution was 5000 cP (centipoise) at 90°C.
得られたドープ液と図4に示される紡糸装置10を用いて公知の乾湿式紡糸を行って、クモ糸フィブロインのモノフィラメントを得た。なお、ここでは、乾湿式紡糸を下記の条件で行った。
押出しノズル直径:0.1mm
押出し速度:327.6ml/h
凝固液(メタノール)の温度:2℃
巻取り速度:99.5m/min
延伸倍率:4.52倍
乾燥温度:80℃
エアギャップ長さ:5mm
The obtained dope solution was used in a spinning apparatus 10 shown in Fig. 4 to carry out a known dry-wet spinning process to obtain a spider silk fibroin monofilament. The dry-wet spinning process was carried out under the following conditions:
Extrusion nozzle diameter: 0.1 mm
Extrusion rate: 327.6 ml/h
Temperature of coagulation liquid (methanol): 2°C
Winding speed: 99.5 m/min
Stretching ratio: 4.52 times Drying temperature: 80℃
Air gap length: 5 mm
得られたクモ糸フィブロインのモノフィラメントを48本束ねた状態で、繊維カット機を用いて平均長さ0.5mmにカットして、短繊維状の開繊剤(A-1)を得た。 48 spider silk fibroin monofilaments were bundled together and cut to an average length of 0.5 mm using a fiber cutting machine to obtain short fiber-forming opening agent (A-1).
〔繊維強化複合材の製造〕
ビニルエステル樹脂(日本ユピカ株式会社製ネオポール8025)と、炭酸カルシウム(備北粉化工業株式会社製ホワイトンSB青)と上記開繊剤(A-1)とその他の添加剤とをミキサーで混練して樹脂組成物を得た。得られた樹脂組成物をシート状に均した後、炭素繊維(台湾プラスチック社製、TC36P 12K(繊維束径7μm)を1インチ(約25mm)にカットしたもの)をその上に散布し、さらにその上に上記樹脂組成物をシート状にしたものを重ねることにより、樹脂シートで炭素繊維を挟んだ積層体を得た。なお、積層体において、ビニルエステル樹脂、炭酸カルシウム、炭素繊維、開繊剤及び添加剤の質量比は47.8:4.8:40.3:2.4:4.7とした。この積層体を140℃に加熱した金型を用いて圧縮成形し、300mm×300mm×2mmの平板状の成形体(繊維強化複合材)を得た。
[Production of fiber-reinforced composite materials]
A resin composition was obtained by kneading vinyl ester resin (Neopol 8025 manufactured by Japan U-Pica Co., Ltd.), calcium carbonate (Whiten SB Blue manufactured by Bihoku Funka Kogyo Co., Ltd.), the above-mentioned fiber-opening agent (A-1), and other additives in a mixer. The resulting resin composition was flattened into a sheet, and carbon fiber (TC36P 12K manufactured by Taiwan Plastics Co., Ltd., fiber bundle diameter 7 μm, cut into 1-inch (approximately 25 mm) pieces) was sprinkled on top. A sheet of the above-mentioned resin composition was then placed on top of the sheet to obtain a laminate sandwiching the carbon fiber between the resin sheets. The mass ratio of vinyl ester resin, calcium carbonate, carbon fiber, fiber-opening agent, and additives in the laminate was 47.8:4.8:40.3:2.4:4.7. The laminate was compression molded using a mold heated to 140°C to obtain a 300 mm x 300 mm x 2 mm flat plate-shaped molded product (fiber-reinforced composite material).
また、得られた成形体を100×25mmにカットして曲げ試験用の試験片とし、曲げ試験機(島津製作所製、AG-20kNX)を用いて、上記試験片の曲げ特性を測定した。試験速度は5mm/min、支点間距離は80mmとした。結果を表6に示す。 The resulting molded body was cut into 100 x 25 mm pieces to prepare test pieces for bending tests, and the bending properties of the test pieces were measured using a bending tester (Shimadzu Corporation, AG-20kNX). The test speed was 5 mm/min, and the distance between supports was 80 mm. The results are shown in Table 6.
次に、得られた成形体の表面から観察できる炭素繊維の繊維束をランダムに21か所選び、その繊維束径を測定機能付きマイクロスコープ(KEYENCE社製、VHX-5000)により測定した。21か所の測定値の平均を求めたところ、9.63mmであった。配合前の繊維束径(7μm)からの開繊度は、137.6%であった。Next, 21 locations of the carbon fiber bundles that could be observed from the surface of the resulting molded body were randomly selected, and the fiber bundle diameter was measured using a microscope with measuring functions (KEYENCE Corporation, VHX-5000). The average of the measurements from the 21 locations was 9.63 mm. The degree of opening from the fiber bundle diameter (7 μm) before compounding was 137.6%.
(比較例1-1)
樹脂組成物に開繊剤を配合せず、積層体におけるビニルエステル樹脂、炭酸カルシウム、炭素繊維及び添加剤の質量比を48.8:4.9:40.4:5.9としたこと以外は、実施例1-1と同様にして平板状の成形体(繊維強化複合材)を得た。得られた成形体について、実施例1-1と同様にして曲げ特性及び炭素繊維の繊維束を測定した。結果を表6に示す。
(Comparative Example 1-1)
A flat-plate molded body (fiber-reinforced composite material) was obtained in the same manner as in Example 1-1, except that no opening agent was added to the resin composition and the mass ratio of vinyl ester resin, calcium carbonate, carbon fiber, and additives in the laminate was 48.8:4.9:40.4:5.9. The bending properties and carbon fiber bundles of the obtained molded body were measured in the same manner as in Example 1-1. The results are shown in Table 6.
(実施例2-1)
実施例1-1と同様にして300mm×300mm×2mmの平板状の成形体(繊維強化複合材)を得た。
得られた成形体の300mm×300mmの面を12×10に区切り、ランダムに選んだ3区画(1区画:25mm×30mm)についてマイクロスコープ(KEYENCE社製、VHX-5000)で画像を撮影し、当該画像から炭素繊維の繊維束の配向性を評価した。具体的には、水平線を基準とし、基準線と画像から視認できる繊維束との角度を、画像処理ソフト(三谷商事株式会社製、WinROOF2015)を用いて測定し、基準線に対する繊維束の方向(角度)の分布を、30°刻みでレーダーチャートに表した。結果を、図5(a)に示す。
(Example 2-1)
In the same manner as in Example 1-1, a 300 mm x 300 mm x 2 mm plate-shaped molded product (fiber reinforced composite material) was obtained.
The 300 mm × 300 mm surface of the obtained molded body was divided into 12 × 10 sections, and images of three randomly selected sections (1 section: 25 mm × 30 mm) were taken with a microscope (KEYENCE Corporation, VHX-5000). The orientation of the carbon fiber bundles was evaluated from the images. Specifically, the horizontal line was used as the reference line, and the angle between the reference line and the fiber bundles visible in the image was measured using image processing software (Mitani Corporation, WinROOF2015). The distribution of the fiber bundle orientation (angle) relative to the reference line was displayed in a radar chart in 30° increments. The results are shown in Figure 5(a).
(比較例2-1)
比較例1-1と同様にして300mm×300mm×2mmの平板状の成形体(繊維強化複合材)を得た。得られた成形体について、実施例2-1と同様にして炭素繊維の繊維束の配向性を評価した。結果を、図5(b)に示す。
(Comparative Example 2-1)
A 300 mm × 300 mm × 2 mm plate-shaped molded body (fiber-reinforced composite material) was obtained in the same manner as in Comparative Example 1-1. The orientation of the carbon fiber bundles of the obtained molded body was evaluated in the same manner as in Example 2-1. The results are shown in Figure 5(b).
(実施例2-2)
〔タンパク質の製造〕
配列番号44で示されるアミノ酸配列を有する改変フィブロイン(クモ糸フィブロイン、以下、「PRT966」ともいう。)を設計し、設計した配列番号44で示されるアミノ酸配列を有する改変フィブロインPRT966をコードする核酸を合成した。当該核酸を用いて、実施例1-1の〔タンパク質の製造〕と同様にして、改変フィブロイン(PRT966)を得た。
(Example 2-2)
[Protein production]
A modified fibroin (spider silk fibroin, hereinafter also referred to as "PRT966") having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 44 was designed, and a nucleic acid encoding the modified fibroin PRT966 having the designed amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 44 was synthesized. Using this nucleic acid, a modified fibroin (PRT966) was obtained in the same manner as in "Protein Production" in Example 1-1.
〔開繊剤の製造〕
PRT799に代えて上述のPRT966を用いたこと以外は、実施例1-1と同様にして、平均長さ0.5mmの短繊維状の開繊剤(A-2)を得た。
[Production of fiber-opening agent]
A short fiber opening agent (A-2) having an average length of 0.5 mm was obtained in the same manner as in Example 1-1, except that the above-mentioned PRT966 was used instead of PRT799.
〔繊維強化複合材の製造〕
炭素繊維として台湾プラスチック社製のTC35 48Kを用い、開繊剤(A-1)に代えて開繊剤(A-2)を用い、ビニルエステル樹脂、炭酸カルシウム、炭素繊維、開繊剤及び添加剤の質量比が47.5:4.7:40.4:1.2:6.2となるように、開繊剤の配合量を調整したこと以外は、実施例2-1と同様にして、平板状の成形体(繊維強化複合材)を得た。得られた成形体について、実施例2-1と同様にして繊維束の配向性を求めた。結果を、図6(a)に示す。
[Production of fiber-reinforced composite materials]
A flat-plate-shaped molded body (fiber-reinforced composite material) was obtained in the same manner as in Example 2-1, except that TC35 48K carbon fiber (manufactured by Taiwan Plastics Corporation) was used, the opening agent (A-2) was used instead of the opening agent (A-1), and the amount of the opening agent was adjusted so that the mass ratio of vinyl ester resin, calcium carbonate, carbon fiber, opening agent, and additives was 47.5:4.7:40.4:1.2:6.2. The fiber bundle orientation of the obtained molded body was determined in the same manner as in Example 2-1. The results are shown in Figure 6(a).
(比較例2-2)
樹脂組成物に開繊剤を配合せず、積層体におけるビニルエステル樹脂、炭酸カルシウム、炭素繊維及び添加剤の質量比を48.1:4.8:40.9:6.2としたこと以外は、実施例2-1と同様にして平板状の成形体(繊維強化複合材)を得た。得られた成形体について、実施例2-1と同様にして繊維束の配向性を求めた。結果を、図6(b)に示す。
(Comparative Example 2-2)
A flat-plate molded body (fiber-reinforced composite material) was obtained in the same manner as in Example 2-1, except that no opening agent was added to the resin composition and the mass ratio of vinyl ester resin, calcium carbonate, carbon fiber, and additives in the laminate was 48.1:4.8:40.9:6.2. The orientation of the fiber bundles in the obtained molded body was determined in the same manner as in Example 2-1. The results are shown in Figure 6(b).
実施例2-1と比較例2-1とを対比し、実施例2-2と比較例2-2とを対比すると
、実施例が比較例よりランダムな配向性を有しており、開繊剤が配向抑止剤としても利用
し得ることが確認された。
Comparing Example 2-1 with Comparative Example 2-1, and comparing Example 2-2 with Comparative Example 2-2, it was confirmed that the Examples had a more random orientation than the Comparative Examples, and that the opening agent could also be used as an orientation inhibitor.
Claims (6)
構造タンパク質を短繊維として含む、開繊剤。 A fiber-opening agent that includes a fiber bundle in which a plurality of reinforcing fibers are bundled and a matrix resin, the fiber-opening agent being blended into a fiber-reinforced composite material in which the content of the matrix resin is 55% by mass or less and the content of the reinforcing fibers is 35% by mass or more , and that promotes opening of the fiber bundles,
A fiber opening agent containing structural proteins as short fibers .
構造タンパク質を短繊維として含み、containing structural proteins as short fibers,
前記構造タンパク質を構成する全てのアミノ酸残基の疎水性指標(HI)の総和を求め、その総和を全アミノ酸残基数で除した値が0以上である、開繊剤。The opening agent has a value of 0 or more when the sum of the hydrophobicity index (HI) of all amino acid residues constituting the structural protein is calculated and the sum is divided by the total number of amino acid residues.
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