バイオ・化学部 応用バイオ学科

小田忍 研究室

ODA Shinobu
LABORATORY

バイオと化学で医薬を創る-カビと放線菌由来の医薬品・化粧品原料の探索と生産プロセスの開発

水/有機溶媒界面に増殖するカビや放線菌を物質生産に使う界面バイオプロセス群を開発し、新規な抗菌、抗ウイルス活性物質の探索や、医薬品・化粧品原料の高生産プロセスの開発に取り組んでいます。また、薬剤耐性バイオフィルムの新規駆除法の開発、カビ胞子を用いた新規非水系バイオプロセスの開発も行っています。応用バイオ学科1~3年生の天然物創薬プロジェクトメンバーも、これらの先端的な研究に積極参加しています。

キーワード

  • 医薬品原料(抗菌、抗ウイルス物質など)
  • 天然香料と化粧品原料
  • バイオフィルムと薬剤耐性
  • バイオリアクターによる物質生産
  • カビと放線菌、カビ胞子

ニュース&トピックス

NEWS & TOPICS

研究紹介

RESEARCH

医薬品原料/化粧品原料生産カビの探索研究

研究内容

超多剤耐性結核菌など、現行の抗菌剤に対して抵抗性を示す病原菌の拡大が全人類にとって大きな脅威となりつつありますが、それに対抗すべき新規な抗菌剤の開発は世界的に停滞しています。カビは属種や遺伝子の多様性が非常に大きく、様々な生物活性物質を生産し得る有用な微生物ですが、放線菌と比較して、その活用は不十分です。小田研で開発した新規な界面スクリーニングシステムは伝統的な微生物探索システムと比較して、①高い抗生物質の生産性(高感度)、②容易な操作法(溶媒抽出が不要)、③静置条件で培養可能(振盪培養機が不要)、④新規物質を見出せる可能性が高い(従来のスクリーニング法でドロップアウトした株の敗者復活戦が可能)、などの重要な長所を有した新規な微生物探索システムです。学外のいくつかの機関と共同で、このシステムを用いた抗菌・抗ウイルス活性を有した新規物質の探索プロジェクトを推進中です。
【参考文献】①S. Oda et al., Discovery of secondary metabolites in an extractive liquid-surface immobilization system and its application to high-throughput interfacial screening of antibiotic-producing fungi. J. Antibiot., 68, 691 (2015)、②小田忍, 中空微粒子を用いた糸状菌のスクリーニング、物質生産システム. 日菌報, 53, 47 (2012)。③S. Oda, Production of valuable lipophilic compounds by using three types of interface bioprocesses: solid-liquid interface bioreactor, liquid-liquid interface bioreactor, and extractive liquid-surface immobilization system. J. Oleo Sci., 66, 815 (2017)、④S.Oda et al., Solid-liquid interface screening system-Application to the screening of antibiotic and cytotoxic substance-producing fungi, Biocontrol Sci., 24, 47 (2019).

界面発酵法による医薬品原料、化粧品原料の生産

研究内容

世界で唯一、有機溶媒中で生きた微生物の発酵能を利用できる小田研の界面発酵プロセスを用いて、様々な生物活性を示すアザフィロン系化合物、抗カビ活性を示す機能性香料(化粧品・食品用)原料の高生産に取り組んでいます。これらのプロセスでは、生産されるアザフィロン系化合物や香気性二次代謝物が自動的に有機溶媒中に抽出されるため、それの強い微生物毒性や水不溶性といった問題を全て解決できます。そのため、従来法をはるかに上回る高濃度で上記の標的化合物群を生産することができます。例えば、ココナッツ様香気性を示す抗カビ物質の6-pentyl-alpha-pyrone (6PP、香料原料)の有機層中の蓄積濃度は、カビの致死濃度の14倍、世界記録の生産濃度の15倍に達していますが、本アイテムに関しては、実生産装置のプロトタイプとなる高層型界面ファーメンターの構築に取り組んでいます。
【参考文献】①Oda S, et al., Production of 6-pentyl-alpha-pyrone with Trichoderma atroviride an its mutant in a novel extractive liquid-surface immobilization (Ext-LSI) system. Process Biochem., 44, 625-630 (2009); ②Oda S, et al., Derepression of carbon catabolite repression in an extractive liquid-surface immobilization (Ext-LSI) system. J. Biosci. Bioeng., 113, 742-745 (2012); ③Oda S, et al., Enhancement of 6-pentyl-alpha-pyrone fermentation activity in an extractive liquid-surface immoblization (Ext-LSI) system by mixing anion-exchange resin microparticles. J. Biosci. Bioeng., 114, 596-599 (2012)、④Oda S, Morphological, physiological, and biochemical properties of fungal cells located on a liquid-surface and an organic-aqueous interface. J. Biol. Macromol., 13, 1-11 (2013)、⑤Oda S, Production of valuable lipophilic compounds by using three types of interface bioprocesses: solid-liquid interface bioreactor, liquid-liquid interface bioreactor, and extractive liquid-surfaceimmobilization system. J. Oleo Sci., 66, 815-813 (2017).

界面微生物変換法による医薬品・化粧品原料の生産

研究内容

カビは高い立体選択性や位置選択性で化学反応を触媒する多様な酵素を持っています。世界で唯一、有機溶媒中で増殖中のカビを微生物変換(微生物を用いた有機合成)に利用できる界面バイオリアクターを基幹として、立体選択的な水酸化、アミノ化、エポキシ化反応などを検討しています。テルペン系あるいはステロイド系光学活性体を中心に、医薬品原料として有用な精密化学品や高付加価値な天然香料原料の高生産プロセスの開発に取り組んでいます。また、細菌や酵母へも適用可能な新規な界面バイオプロセスの開発やカビ胞子を用いた新規な非水系物質変換プロセスの構築、天然物の微生物変換による抗ウイルス物質の合成研究も推進中です。カビの胞子は菌糸が持っている数多くの酵素を有し、なおかつ、菌糸では耐えられない中極性の有機溶媒中でも価値ある微生物変換反応を触媒することができます。有機溶媒中での胞子を用いた酸化還元反応についても世界で初めて成功しました。さらには、このように有用なカビ胞子の効率的な大量生産法である「疎水的増殖場」法も開発しました。【参考文献】①Oda S, Isshiki K, Process Biochem, 42, 1553 (2007)、②Oda S, Isshiki K, Biosci Biotechnol Biochem, 72, 1364 (2008)、③Oda S, et al, Bull Chem Soc Jpn, 82, 105 (2009)、④Oda S et al, J Biosci Bioeng, 112, 151 (2011)、⑤Oda S et al, J Biosci Bioeng, 112, 561 (2011)、⑥Oda S et al, Process Biochem, 47, 2494 (2012)、⑦Oda S et al, J Biosci Bioeng, 115, 544 (2013)、⑧Oda S, et al, Biosci Biotechnol Biochem, 78, 1971 (2014)、⑨Oda S, J. Oleo Sci., 66, 815-831 (2017)、⑩Oda S, et al., J. Oleo Sci., 67, 1123-1129 (2018)、⑪Oda S et al, Process Biochem, 80 1 (2019)、⑫Oda S, Kido R, Fungal Biol., 123, 103-108 (2019)、⑬Oda S, World J. Microbiol. Biotechnol.,36:57 (2020)、⑭Sugimoto K, Oda S, J. Biosci. Bioeng., 131, 390-395 (2021).

新規な抗菌・防カビ・防藻性能評価法の開発と応用

研究内容

固体表面に増殖する微生物は、菌体外に厚い多糖層を形成して薬剤や熱などに対して高い抵抗性を発揮します。このような多糖層に覆われた微生物膜をバイオフィルムと称しますが、薬剤耐性やインプラント等の医療器具の汚染の鍵となるこのバイオフィルムについて、各種素材表面におけるバイオフィルムの定量法(Plate-hanging法)並びに抗バイオフィルム性能の正確な評価法(Biofilm-replica法)を開発しました。また、形成されたバイオフィルムを速やかに駆除できる新たな戦略の構築にも取り組んでいます。その他、塗板等の固体表面の防カビ性能を簡便かつ正確に定量化可能な評価法(菌糸侵入距離法)、防藻性能評価法(逆拡散ペーパーディスク法)、防カビ剤の性能評価法(修正菌糸侵入距離法)等も開発し、実製品の評価に利用されています。

教員紹介

TEACHERS

小田忍  教授・博士(農学)

略歴

1979年
3月
山口県立小野田高等学校 卒業

1983年
3月
山口大学 農学部 農芸化学科 卒業

1986年
3月
九州大学大学院 農学研究科 食糧化学工学専攻 修士課程 修了

1986年
4月
関西ペイント(株) 技術研究所 バイオ部門 

1996年
3月
鳥取大学大学院 連合農学研究科 生物資源科学専攻 博士課程 修了

2002年
4月
関西ペイント(株) 分析センター 主査 

2003年
7月
メルシャン(株) 生物資源研究所 研究員 

2008年
1月
金沢工業大学 バイオ・化学部 バイオ・化学系 応用バイオ学科 教授 

2018年
4月
金沢工業大学 バイオ・化学部 応用バイオ学科 教授 

専門分野

専門:有用微生物探索、バイオフィルム、バイオリアクター、発酵工学、生体触媒化学

学生へのメッセージ

カビなどの微生物を使った医薬品原料(抗生物質、抗ガン・抗ウイルス物質)の探索と生産研究に取り組んでいます。そのための基幹技術として、世界で唯一、微生物を生きた状態で発酵や微生物変換(微生物を使った有機合成)に使うことのできる「界面バイオプロセス」を開発しました。
医薬品への関心は、小学4年生の頃に読んだ薬剤耐性菌に関する書物がきっかけです。大学院では動物が対象でしたが、企業の研究員の頃は微生物を用いた医薬品原料の合成を研究し、本学に移籍後は、小学生の頃に関心のあった「薬剤耐性菌との戦い」、そして最近では「病原性ウイルスとの戦い」にも取り組んでいます。その他、微生物を用いた天然香料や化粧品原料の生産研究なども行っています。
座右の銘は、人類屈指の大天才ライプニッツ先生の「伸びんがために、我屈せん」、趣味は研究関連文献情報の収集と解析、科学哲学と近代史の研究、日本酒を楽しむことなどです。

担当科目

応用バイオ専門実験・演習A  有機化学Ⅱ  進路セミナーⅠ  プロジェクトデザインⅢ(小田忍研究室)  有機化学Ⅰ  生化学  進路セミナーⅡ  バイオ工学研究(小田 忍)  基礎生化学特論  

オリジナルコンテンツ

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