JP6810309B2

JP6810309B2 - 極性溶媒溶液及びその製造方法

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Publication number: JP6810309B2
Application number: JP2017510977A
Authority: JP
Inventors: 花菜石田; 山本　博規; 博規山本; 寛昭鈴村; 和秀関山
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Filing date: 2016-04-04
Publication date: 2021-01-06
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Description

本発明は、溶液の粘度を高く保つことが可能な極性溶媒溶液及びその製造方法に関する。

ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）などの極性溶媒はポリマーなどの物質を溶解しやすいことから、アクリル繊維の重合、紡糸液、又はポリイミドの重合溶媒などとして使用されている。本出願人はクモ糸タンパク質及びシルクタンパク質などのポリペプチドの溶媒として前記極性溶媒の適用を特許文献１〜２で提案している。

特許第５４２７３２２号公報特許第５５８４９３２号公報

しかし、クモ糸タンパク質及びシルクタンパク質などのポリペプチドを溶解させたジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）などの極性溶媒溶液は、管理の仕方によっては粘度低下することがあり、紡糸やフィルムなどのドープ液として使用する際に、安定した紡糸やキャスティングを行うという観点からは、改善の余地があった。

本発明は、紡糸やフィルムなどのドープ液として使用する際に、粘度低下することがなく、安定した紡糸やキャスティングができる極性溶媒溶液及びその製造方法を提供する。

本発明は、ポリアミノ酸を含む溶質を極性溶媒に溶解した極性溶媒溶液であって、前記溶液を１００質量％としたときの前記溶液中の水分含有量（水分含有率）が５質量％未満であることを特徴とする極性溶媒溶液に関する。

本発明は、また、ポリアミノ酸を含む溶質を極性溶媒に溶解した極性溶媒溶液の製造方法であって、前記溶液中の水分含有量を変えることにより、前記溶液の粘度を調整することを特徴とする極性溶媒溶液の製造方法に関する。

本発明は、また、ポリアミノ酸を含む溶質を極性溶媒に溶解した極性溶媒溶液の製造方法であって、前記溶液中の水分含有量を減少させることにより、前記溶液の粘度を増加させることを特徴とする極性溶媒溶液の製造方法に関する。

本発明の極性溶媒溶液は、ポリアミノ酸を含む溶質を極性溶媒に溶解した極性溶媒溶液の水分含有量が５質量％未満とされていることで、格段の粘度低下が防止され、それにより、紡糸やフィルムなどのドープ液として使用した際などに、安定した紡糸やキャスティングができる。また本発明の製造方法では、ポリアミノ酸を含む溶質を極性溶媒に溶解した極性溶媒溶液中の水分含有量を変えて、前記溶液の粘度を調整することにより、安定した紡糸やキャスティングが可能な極性溶媒溶液を得ることができる。また本発明の製造方法では、前記溶液中の水分含有量を減少させて、前記溶液の粘度を増加させることにより、安定した紡糸やキャスティングが可能な極性溶媒溶液を得ることができる。

図１は本発明の幾つかの実施例と比較例における温度変化に対する粘度変化を調べたグラフである。図２は本発明の別の幾つかの実施例における湿度管理の有無とタンパク質濃度と温度を変えたときの粘度変化を調べたグラフである。図３は絶乾状態のクモ糸タンパク質（粉体）を大気に暴露したときの含水率の変化を示すグラフである。

本発明者らは、ポリアミノ酸（特に、ポリペプチド）自体も、前記ポリアミノ酸を含む溶質を極性溶媒に溶解した極性溶媒溶液も吸湿しやすく、吸湿すると粘度低下などが問題となることを見出した。このため、本発明は、ポリアミノ酸を含む溶質を極性溶媒に溶解した極性溶媒溶液において、前記溶液を１００質量％としたときの前記溶液中の水分含有量が５質量％未満（０質量％以上、５質量％未満）とされる。好ましい水分含有量は０質量％以上、３質量％以下であり、更に好ましくは０質量％以上、１．５質量％以下である。前記の範囲であれば、極性溶媒にポリアミノ酸（特に、ポリペプチド）は膨潤した状態で溶解し、極性溶媒溶液の粘度が高く維持される。水分含有量が５質量％以上となると粘度が格段に低下し、紡糸やフィルムなどを作製するためのドープ液などとして使用した際に紡糸性やキャスティング性が低下する。本明細書においては、前記極性溶媒溶液をドープ液と言う場合もある。以下、主として、ポリアミノ酸の代表例であるポリペプチドを例に説明する。

本発明で使用される極性溶媒は、（i）ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、（ii）Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、（iii）Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡ）、及び（iv）Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの非プロトン性極性溶媒を含むものが好ましい。これらの非プロトン性極性溶媒はポリペプチドを含む溶質を溶解させやすいからである。また、本発明で使用される極性溶媒には、前記した非プロトン性極性溶媒を含むものの他、ヘキサフルオロイソプロパノール（ＨＦＩＰ）やギ酸、各種のアルコール（例えば、メタノール、エタノール、２−プロパノールなどの炭素数１〜６の低級アルコール）などのプロトン性極性溶媒を含むものも含まれる。なお、前記極性溶媒は、前記極性溶媒の全体を１００質量％としたとき、前記（i）〜（iv）なる群から選ばれる少なくとも一つの非プロトン性極性溶媒の合計量の割合が１０〜１００質量％の範囲内の値であることが望ましい。これによって、ポリペプチドを含む溶質の溶解度が高められる。

本発明で使用される溶質は、ポリアミノ酸（特に、ポリペプチド）を含むものであればよく、特に限定されない。本明細書において、ポリアミノ酸とは、複数のアミノ酸のアミノ基とカルボキシル基とがアミド結合して重合したポリアミド化合物を言う。ポリアミノ酸としては、ポリアミド化合物を構成するアミノ酸が、１５以上であることが好ましく、２０以上であることがより好ましく、３０以上であることがさらに好ましく、１００以上がよりさらに好ましく、５００以上が特に好ましい。ポリアミノ酸としては、６０００以下であることが好ましく、５０００以下であることがより好ましく、３０００以下であることがさらに好ましく、２０００以下であることが特に好ましい。本明細書で使用される溶質は、例えば、ポリアミノ酸を単独で用いてもよく、或いは例えば炭水化物や合成樹脂等のポリアミノ酸以外のもののうちの１種又は２種以上とポリペプチドとを組み合わせて用いてもよい。また本明細書で使用される溶質は、例えば、ポリペプチドを単独で用いてもよく、或いは例えば炭水化物や合成樹脂等のポリペプチド以外のもののうちの１種又は２種以上とポリペプチドとを組み合わせて用いてもよい。前記ポリペプチドは、構造タンパク質であることが好ましく、更に結晶領域を含むものが好ましい。このようなポリペプチドは繊維やフィルムにしたときに高い強度やタフネスを発揮できる。なお、構造タンパク質とは、生物体の構造に関わるタンパク質、或いは生物体が作り出す構造体を構成するタンパク質を言い、例えば、フィブロイン、セリシン、コラーゲン、ケラチン、エラスチン、レシリンなどが挙げられる。

また、前記ポリペプチドは、クモ糸タンパク質やシルクタンパク質などのフィブロインが好ましく、その中でも特にクモ糸タンパク質が好ましい。クモ糸タンパク質は極性溶媒と親和性が高く、溶解しやすいからである。

本発明の極性溶媒溶液を１００質量％としたとき、溶質（例えば、クモ糸タンパク質）の濃度は２〜５０質量％であることが望ましく、更に好ましくは３〜４０質量％であり、特に好ましくは５〜３０質量％である。このような濃度とすることによって、極性溶媒溶液の粘度の低下や過剰な上昇を効果的に防止できる。

本発明の極性溶媒溶液は、粘度が、好ましくはゴミなどの不要物や泡などを取り除いた状態で１０〜１０００００ｍＰａ・ｓとされることが望ましく、更に好ましくは１５〜２００００ｍＰａ・ｓとされ、特に好ましくは１００〜１００００ｍＰａ・ｓとされる。このような範囲内の粘度の極性溶媒溶液をドープ液として用いることで、良好に湿式紡糸したりフィルムキャスト成形したりすることができる。

本発明の製造方法は、前記極性溶媒溶液中の水分含有量を変えることによって、前記極性溶媒溶液の粘度を調整するものである。また、本発明の製造方法は、前記極性溶媒溶液中の水分含有量を減少させることにより、前記極性溶媒溶液の粘度を増加させるものである。これらの製法では、前記極性溶媒溶液中の水分含有量を、前記極性溶媒溶液を１００質量％としたときに、好ましくは５質量％未満、より好ましくは０〜３質量％、更に好ましくは０〜１．５質量％となるように調整する。そうすることで、紡糸やフィルムのドープ液などとして使用した際に安定した紡糸やキャスティングが可能な極性溶媒溶液を得ることができる。

本発明の製造方法においては、前記溶液中の水分含有量を減らすための調整が、例えば、前記溶質や溶媒を予め加熱乾燥したり、真空乾燥したり、前記溶液の製造時と貯蔵時のうちの少なくとも何れか一方における雰囲気の相対湿度を調整したり、若しくは製造された前記溶液を加熱して水分を蒸発させたり、ゼオライトを始めとした各種の吸湿剤（吸湿材）などを用いて吸湿したりすることなどによって、又はそれらの操作を適宜に組み合わせたりすることなどによって実現される。なお、前記溶液中の水分含有量を減らすための調整方法としては、前記溶質を前記溶媒に溶解させる前に乾燥させる方法が好適に採用される。これによって、前記溶液中の水分含有量をより確実かつ効率的に減らすことができる。また、雰囲気の相対湿度の調整によって前記溶液中の水分含有量を変える場合には、前記溶液の製造時と貯蔵時のうちの少なくとも何れか一方における雰囲気の相対湿度が、有利には１．３％ＲＨ以下の条件に保たれる。雰囲気を相対湿度１．３％ＲＨ以下の条件に保つには、溶液作製や保存などの処理をいわゆるドライルーム内でするのが好ましい。

本発明において、ポリペプチドを含む溶質を溶解する極性溶媒として好適に用いられるＤＭＳＯは、例えば、クモ糸タンパク質を含む溶質を溶解する溶媒として、特に有利に使用される。ＤＭＳＯは融点１８．４℃、沸点１８９℃であり、従来法で使用されているヘキサフルオロイソプロパノール（ＨＦＩＰ）の沸点５９℃、ヘキサフルオロアセトン（ＨＦＡｃ）の沸点−２６．５℃に比べると、沸点ははるかに高い。また、ＤＭＳＯは、一般産業分野においてもアクリル繊維の重合、紡糸液として使用され、ポリイミドの重合溶媒としても使用されていることから、コストも安く安全性も確認されている物質である。

本発明において溶質に含まれるポリペプチドとして例示されるクモ糸タンパク質は、天然クモ糸タンパク質と、天然クモ糸タンパク質に由来又は類似（以下、由来と言う。）するものであればよく、特に限定されない。また、ここで言う天然クモ糸タンパク質に由来するものとは、天然クモ糸タンパク質が有するアミノ酸の反復配列と同様乃至類似のアミノ酸配列を有するものであって、例えば組換えクモ糸タンパク質や天然クモ糸タンパク質の変異体、類似体又は誘導体などが挙げられる。前記クモ糸タンパク質は、強靭性に優れるという観点から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やそれに由来するクモ糸タンパク質であることが好ましい。前記大吐糸管しおり糸タンパク質としては、アメリカジョロウグモ（Ｎｅｐｈｉｌａｃｌａｖｉｐｅｓ）に由来する大瓶状腺スピドロインＭａＳｐ１やＭａＳｐ２、二ワオニグモ（Ａｒａｎｅｕｓｄｉａｄｅｍａｔｕｓ）に由来するＡＤＦ３やＡＤＦ４などが挙げられる。

上記クモ糸タンパク質は、クモの小瓶状腺で産生される小吐糸管しおり糸タンパクやそれに由来するクモ糸タンパク質であってもよい。上記小吐糸管しおり糸タンパク質としては、アメリカジョロウグモ（Ｎｅｐｈｉｌａｃｌａｖｉｐｅｓ）に由来する小瓶状腺スピドロインＭｉＳｐ１やＭｉＳｐ２が挙げられる。

その他にも、上記クモ糸タンパク質は、クモの鞭毛状腺（ｆｌａｇｅｌｌｉｆｏｒｍｇｌａｎｄ）で産生される横糸タンパク質やそれに由来するクモ糸タンパク質であってもよい。上記横糸タンパク質としては、例えばアメリカジョロウグモ（Ｎｅｐｈｉｌａｃｌａｖｉｐｅｓ）に由来する鞭毛状絹タンパク質（ｆｌａｇｅｌｌｉｆｏｒｍｓｉｌｋｐｒｏｔｅｉｎ）などが挙げられる。

前記大吐糸管しおり糸タンパク質に由来するクモ糸タンパク質（ポリペプチド）としては、例えば、式１：ＲＥＰ１−ＲＥＰ２（１）で示されるアミノ酸配列の単位を２以上、好ましくは４以上、より好ましくは６以上含む組換えクモ糸タンパク質が挙げられる。なお、前記組換えクモ糸タンパク質において、式（１）：ＲＥＰ１−ＲＥＰ２（１）で示されるアミノ酸配列の単位は、同一であってもよく、異なっていてもよい。

前記式（１）において、ＲＥＰ１は、主としてアラニンにより構成され（Ｘ１）ｐで表されるポリアラニン領域を意味し、好ましくはＲＥＰ１はポリアラニンを意味する。ここで、ｐは特に限定されるものではないが、好ましくは２〜２０の整数，より好ましくは４〜１２の整数を示す。Ｘ１は、アラニン（Ａｌａ）、セリン（Ｓｅｒ）、又はグリシン（Ｇｌｙ）を示す。（Ｘ１）ｐで表されるポリアラニン領域において、アラニンの合計残基数が該領域のアミノ酸の合計残基数の８０％以上であることが好ましく、より好ましくは８５％以上である。前記ＲＥＰ１において、連続して並んでいるアラニンは、２残基以上であることが好ましく、より好ましくは３残基以上であり、さらに好ましくは４残基以上であり、特に好ましくは５残基以上である。また、前記ＲＥＰ１において、連続して並んでいるアラニンは、２０残基以下であることが好ましく、より好ましくは１６残基以下であり、さらに好ましくは１２残基以下であり、特に好ましくは１０残基以下である。前記式（１）において、ＲＥＰ２は１０〜２００残基のアミノ酸からなるアミノ酸配列であり、前記アミノ酸配列中に含まれるグリシン、セリン、グルタミン、プロリン及びアラニンの合計残基数がアミノ酸残基数全体に対して４０％以上、好ましくは５０％以上、より好ましくは６０％以上である。

前記ＲＥＰ１は繊維内で結晶βシートを形成する結晶領域に該当し、前記ＲＥＰ２は繊維内でより柔軟性があり大部分が規則正しい構造を欠いている無定型領域に該当する。そして、前記［ＲＥＰ１−ＲＥＰ２］は、結晶領域と無定型領域からなる繰り返し領域（反復配列）に該当し、しおり糸タンパク質の特徴的配列である。

前記式１：ＲＥＰ１−ＲＥＰ２（１）で示されるアミノ酸配列の単位を２以上含むクモ糸タンパク質としては、例えば、配列番号１、配列番号２及び配列番号３の何れかに示されているアミノ酸配列を有するＡＤＦ３由来の組換えクモ糸タンパク質が挙げられる。配列番号１に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（Ｈｕｍａｎｒｈｉｎｏｖｉｒｕｓ３Ｃ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４）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２に示されているアミノ酸配列は、ＮＣＢＩデータベースから入手したＡＤＦ３の部分的なアミノ酸配列（ＮＣＢＩのＧｅｎｅｂａｎｋのアクセッション番号：ＡＡＣ４７０１０、ＧＩ：１２６３２８７）のアミノ酸配列のＮ末端に開始コドン、Ｈｉｓ１０タグ及びＨＲＶ３Ｃプロテアーゼ（Ｈｕｍａｎｒｈｉｎｏｖｉｒｕｓ３Ｃ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４）を付加したアミノ酸配列である。配列番号３に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（Ｈｕｍａｎｒｈｉｎｏｖｉｒｕｓ３Ｃ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４）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したものである。また、前記式１：ＲＥＰ１−ＲＥＰ２（１）で示されるアミノ酸配列の単位を２以上含むクモ糸タンパク質としては、配列番号１、配列番号２及び配列番号３の何れかに示されるアミノ酸配列において１若しくは複数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入及び／又は付加されたアミノ酸配列からなり、結晶領域と無定型領域からなる繰り返し領域を有するクモ糸タンパク質を用いてもよい。

上記小吐糸管しおり糸タンパク質に由来するクモ糸タンパク質（ポリペプチド）としては、例えば、式２：ＲＥＰ３−ＲＥＰ４−ＲＥＰ５（２）で示されるアミノ酸配列を含む組換えクモ糸タンパク質が挙げられる。上記式２において、ＲＥＰ３は（Ｇｌｙ−Ｇｌｙ−Ｚ）ｍで表されるアミノ酸配列を意味し、ＲＥＰ４は、（Ｇｌｙ−Ａｌａ）ｌで表されるアミノ酸配列を意味し、ＲＥＰ５は（Ａｌａ）ｒで表されるアミノ酸配列を意味する。ＲＥＰ３において、Ｚは任意の一つのアミノ酸を意味するが、特にＡｌａ、Ｔｙｒ及びＧｌｎからなる群から選ばれる一つのアミノ酸であることが好ましい。またＲＥＰ３において、ｍは１〜４であることが好ましく、ＲＥＰ４においてｌは０〜４であることが好ましく、ＲＥＰ５においてｒは１〜６であることが好ましい。

クモ糸において、小吐糸管しおり糸はクモの巣の中心から螺旋状に巻かれ、巣の補強材として使われたり、捉えた獲物を包む糸として利用されたりする。大吐糸管しおり糸と比べると引っ張り強度は劣るが伸縮性は高いことが知られている。これは小吐糸管しおり糸において、多くの結晶領域がグリシンとアラニンが交互に連なる領域から形成されているため、アラニンのみで結晶領域が形成されている大吐糸管しおり糸よりも結晶領域の水素結合が弱くなりやすいためと考えられている。

上記横糸タンパク質に由来する組換えクモ糸タンパク質（ポリペプチド）としては、例えば、式３：ＲＥＰ６（３）で示されるアミノ酸配列を含む組換えクモ糸タンパク質が挙げられる。前記式３において、ＲＥＰ６は（Ｕ１）ｎ、又は、（Ｕ２）ｎで表されるアミノ酸配列を意味する。ＲＥＰ６において、Ｕ１は、Ｇｌｙ−Ｐｒｏ−Ｇｌｙ−Ｘ−Ｘ（配列番号１２）で表されるアミノ酸配列を意味し、Ｕ２は、Ｇｌｙ−Ｐｒｏ−Ｇｌｙ−Ｇｌｙ−Ｘ（配列番号１３）で表されるアミノ酸配列を意味する。また、Ｕ１及びＵ２において、Ｘは任意の一つのアミノ酸を意味するが、Ａｌａ、Ｓｅｒ、Ｔｙｒ、Ｇｌｎ、Ｖａｌ、Ｌｅｕ及びＩｌｅからなる群から選ばれる一つのアミノ酸であることが好ましく、Ａｌａ、Ｓｅｒ、Ｔｙｒ、Ｇｌｎ及びＶａｌからなる群から選ばれる一つのアミノ酸であることがより好ましく、複数あるＸは、同一であっても異なってもよい。またＲＥＰ６において、ｎは少なくとも４以上の数字を表し、好ましくは１０以上、より好ましくは２０以上である。

クモ糸において、横糸は結晶領域を持たず、無定形領域からなる繰り返し領域を持つことが大きな特徴である。大吐糸管しおり糸などにおいては結晶領域と無定形領域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と推測される。一方、横糸については、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。これは横糸の大部分が無定形領域によって構成されているためだと考えられている。

前記組換えクモ糸タンパク質（ポリペプチド）は、組換えの対象となる天然型クモ糸タンパク質をコードする遺伝子を含有する発現ベクターで形質転換した宿主を用いて製造することができる。遺伝子の製造方法は特に制限されず、天然型クモ糸タンパク質をコードする遺伝子をクモ由来の細胞からポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）などで増幅してクローニングするか、若しくは化学的に合成する。遺伝子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天然型クモ糸タンパク質のアミノ酸配列情報をもとに、ＡＫＴＡｏｌｉｇｏｐｉｌｏｔｐｌｕｓ１０／１００（ＧＥヘルスケア・ジャパン株式会社）などで自動合成したオリゴヌクレオチドをＰＣＲなどで連結して合成することができる。この際に、タンパク質の精製や確認を容易にするため、前記のアミノ酸配列の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タンパク質をコードする遺伝子を合成してもよい。前記発現ベクターとしては、ＤＮＡ配列からタンパク質を発現し得るプラスミド、ファージ、ウイルスなどを用いることができる。前記プラスミド型発現ベクターとしては、宿主細胞内で目的の遺伝子が発現し、かつそれ自体が増幅することのできるものであればよく、特に限定されない。例えば宿主として大腸菌Ｒｏｓｅｔｔａ（ＤＥ３）を用いる場合は、ｐＥＴ２２ｂ（＋）プラスミドベクター、ｐＣｏｌｄプラスミドベクターなどを用いることができる。中でも、タンパク質の生産性の観点から、ｐＥＴ２２ｂ（＋）プラスミドベクターを用いることが好ましい。前記宿主としては、例えば動物細胞、植物細胞、微生物などを用いることができる。

以下実施例を用いて、本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。

＜各測定方法＞
（１）粘度：京都電子工業株式会社製のＥＭＳ粘度計（ＥＭＳ−０１Ｓ）を使用して測定した。
（２）相対湿度：実験環境の温度と露点温度を測定し、公知の計算式にて算出した。
（３）ドープ液中の水分率：京都電子工業株式会社製のハイブリッドカールフィッシャー水分計(ＭＫＨ−７００)を使用して測定した。

（実施例１〜４、比較例１）
１．クモ糸タンパク質の準備
＜遺伝子合成＞
（１）ＡＤＦ３Ｋａｉの遺伝子の合成
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（ＧＩ：１２６３２８７）の部分的なアミノ酸配列をＮＣＢＩのウェブデータベースより取得し、同配列のＮ末端に開始コドン、Ｈｉｓ１０タグ及びＨＲＶ３Ｃプロテアーゼ（Ｈｕｍａｎｒｈｉｎｏｖｉｒｕｓ３Ｃ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４）を付加したアミノ酸配列（配列番号２）をコードする遺伝子を、ＧｅｎＳｃｒｉｐｔ社に合成委託した。その結果、配列番号５で示す塩基配列からなるＡＤＦ３Ｋａｉの遺伝子が導入されたｐＵＣ５７ベクター（遺伝子の５’末端直上流にＮｄｅＩサイト、及び５’末端直下流にＸｂａＩサイトあり）を取得した。その後、同遺伝子をＮｄｅＩ及びＥｃｏＲＩで制限酵素処理し、ｐＥＴ２２ｂ（＋）発現ベクターに組み換えた。

（２）ＡＤＦ３Ｋａｉ−Ｌａｒｇｅの遺伝子の合成
ＡＤＦ３Ｋａｉを鋳型にＴ７プロモータープライマー（配列番号８）とＲｅｐＸｂａＩプライマー（配列番号９）を用いてＰＣＲ反応を行い、ＡＤＦ３Ｋａｉの遺伝子配列における５’側半分の配列（以下、配列Ａと記す。）を増幅し、同断片をＭｉｇｈｔｙＣｌｏｎｉｎｇＫｉｔ（タカラバイオ株式会社製）を使用して、予めＮｄｅＩ及びＸｂａＩで制限酵素処理をしておいたｐＵＣ１１８ベクターに組み換えた。同様に、ＡＤＦ３Ｋａｉを鋳型にＸｂａＩＲｅｐプライマー（配列番号１０）とＴ７ターミネータープライマー（配列番号１１）を用いてＰＣＲ反応を行い、ＡＤＦ３Ｋａｉの遺伝子配列における３’側半分の配列（以下、配列Ｂと記す。）を増幅し、同断片をＭｉｇｈｔｙＣｌｏｎｉｎｇＫｉｔ（タカラバイオ株式会社製）を使用して、予めＸｂａＩ、ＥｃｏＲＩで制限酵素処理をしておいたｐＵＣ１１８ベクターに組み換えた。配列Ａの導入されたｐＵＣ１１８ベクターをＮｄｅＩ、ＸｂａＩで、配列Ｂの導入されたｐＵＣ１１８ベクターをＸｂａＩ、ＥｃｏＲＩでそれぞれ制限酵素処理し、ゲルの切り出しによって配列Ａ及び配列Ｂの目的ＤＮＡ断片を精製した。ＤＮＡ断片Ａ、Ｂ及び予めＮｄｅＩ及びＥｃｏＲＩで制限酵素処理をしておいたｐＥＴ２２ｂ（＋）をライゲーション反応させ、大腸菌ＤＨ５αに形質転換した。Ｔ７プロモータープライマー及びＴ７ターミネータープライマーを用いたコロニーＰＣＲにより、目的ＤＮＡ断片の挿入を確認した後、目的サイズ（３．６ｋｂｐ）のバンドが得られたコロニーからプラスミドを抽出し、３１３０ｘｌＧｅｎｅｔｉｃＡｎａｌｙｚｅｒ（ＡｐｐｌｉｅｄＢｉｏｓｙｓｔｅｍｓ）を用いたシーケンス反応により全塩基配列を確認した。その結果、配列番号６に示すＡＤＦ３Ｋａｉ−Ｌａｒｇｅの遺伝子の構築が確認された。なお、ＡＤＦ３Ｋａｉ−Ｌａｒｇｅのアミノ酸配列は配列番号３で示すとおりである。

（３）ＡＤＦ３Ｋａｉ−Ｌａｒｇｅ−ＮＲＳＨ１の遺伝子の合成
前記で得られたＡＤＦ３Ｋａｉ−Ｌａｒｇｅの遺伝子が導入されたｐＥＴ２２ｂ（＋）ベクターを鋳型に、ＰｒｉｍｅＳｔａｒＭｕｔａｇｅｎｅｓｉｓＢａｓａｌＫｉｔ（タカラバイオ株式会社製）を用いた部位特異的変異導入により、ＡＤＦ３Ｋａｉ−Ｌａｒｇｅのアミノ酸配列（配列番号３）における１１５５番目のアミノ酸残基グリシン（Ｇｌｙ）に対応するコドンＧＧＣを終止コドンＴＡＡに変異させ、配列番号７に示すＡＤＦ３Ｋａｉ−Ｌａｒｇｅ−ＮＲＳＨ１の遺伝子をｐＥＴ２２ｂ（＋）上に構築した。変異の導入の正確性については、３１３０ｘｌＧｅｎｅｔｉｃＡｎａｌｙｚｅｒ（ＡｐｐｌｉｅｄＢｉｏｓｙｓｔｅｍｓ）を用いたシーケンス反応により確認した。なお、ＡＤＦ３Ｋａｉ−Ｌａｒｇｅ−ＮＲＳＨ１のアミノ酸配列は配列番号１で示すとおりである。

＜タンパク質の発現＞
前記で得られたＡＤＦ３Ｋａｉ−Ｌａｒｇｅ−ＮＲＳＨ１の遺伝子配列を含むｐＥＴ２２ｂ（＋）発現ベクターを、大腸菌Ｒｏｓｅｔｔａ（ＤＥ３）に形質転換した。得られたシングルコロニーを、アンピシリンを含む２ｍｌのＬＢ培地で１５時間培養後、同培養液１．４ｍｌを、アンピシリンを含む１４０ｍｌのＬＢ培地に添加し、３７℃、２００ｒｐｍの条件下で、培養液のＯＤ_６００が３．５になるまで培養した。次に、ＯＤ_６００が３．５の培養液を、アンピシリンを含む７Ｌの２×ＹＴ培地に５０％グルコース１４０ｍｌと共に加え、ＯＤ_６００が４．０になるまでさらに培養した。その後、得られたＯＤ_６００が４．０の培養液に、終濃度が０．５ｍＭになるようにイソプロピル−β−チオガラクトピラノシド（ＩＰＴＧ）を添加してタンパク質発現を誘導した。ＩＰＴＧ添加後２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タンパク質溶液をポリアクリルアミドゲルに泳動させたところ、ＩＰＴＧ添加に依存して目的サイズ（約１０１．１ｋＤａ）のバンドが観察され、目的とするタンパク質が発現していることを確認した。

＜精製＞
（１）遠沈管（１０００ｍｌ）にＡＤＦ３Ｋａｉ−Ｌａｒｇｅ−ＮＲＳＨ１のタンパク質を発現している大腸菌の菌体約５０ｇと、緩衝液ＡＩ（２０ｍＭＴｒｉｓ−ＨＣｌ、ｐＨ７．４）３００ｍｌを添加し、ミキサー（ＩＫＡ社製「Ｔ１８ベーシックウルトラタラックス」、レベル２）で菌体を分散させた後、遠心分離機（クボタ製の「Ｍｏｄｅｌ７０００」）で遠心分離（１１，０００ｇ、１０分、室温）し、上清を捨てた。
（２）遠心分離で得られた沈殿物（菌体）に緩衝液ＡＩを３００ｍｌと、０．１ＭのＰＭＳＦ（イソプロパノールで溶解）を３ｍｌ添加し、前記ＩＫＡ社製のミキサー（レベル２）で３分間分散させた。その後、高圧ホモジナイザー（ＧＥＡＮｉｒｏＳａｏｖｉ社製の「ＰａｎｄａＰｌｕｓ２０００」）を用いて菌体を繰り返し３回破砕した。
（３）破砕された菌体に、３ｗ／ｖ％のＳＤＳを含む緩衝液Ｂ（５０ｍＭＴｒｉｓーＨＣｌ、１００ｍＭＮａＣｌ、ｐＨ７．０）３００ｍｌを加え、前記ＩＫＡ社製のミキサー（レベル２）で良く分散させた後、シェイカー（タイテック社製、２００ｒｐｍ、３７℃）で６０分間攪拌した。その後、前記クボタ製の遠心分離機で遠心分離（１１，０００ｇ、３０分、室温）し、上清を捨て、ＳＤＳ洗浄顆粒（沈殿物）を得た。
（４）ＳＤＳ洗浄顆粒を１００ｍｇ／ｍｌの濃度になるよう１Ｍの塩化リチウムを含むＤＭＳＯ溶液で懸濁し、８０℃で１時間熱処理した。その後、前記クボタ製の遠心分離機で遠心分離（１１，０００ｇ、３０分、室温）し、上清を回収した。
（５）回収した上清に対して３倍量のエタノールを準備し、エタノールに回収した上清を加え、室温で１時間静置した。その後、前記クボタ製の遠心分離機で遠心分離（１１，０００ｇ、３０分、室温）し、凝集タンパク質を回収した。次に純水を用いて凝集タンパク質を洗浄し、遠心分離により凝集タンパク質を回収するという工程を３回繰り返した後、凍結乾燥機で水分を除き、凍結乾燥粉末を回収した。得られた凍結乾燥粉末における目的タンパク質ＡＤＦ３Ｋａｉ−Ｌａｒｇｅ−ＮＲＳＨ１（約５６．１ｋＤａ）の精製度は、粉末のポリアクリルアミドゲル電気泳動（ＣＢＢ染色）の結果をＴｏｔａｌｌａｂ（ｎｏｎｌｉｎｅａｒｄｙｎａｍｉｃｓｌｔｄ．）を用いて画像解析することにより確認した。その結果、ＡＤＦ３Ｋａｉ−Ｌａｒｇｅ−ＮＲＳＨ１の精製度は約８５％であった。

２．ドープ液の調整と粘度測定
前記で得られたクモ糸タンパク質（粉体）を真空乾燥（絶乾）した後、この絶乾状態のクモ糸タンパク質を、予め所定量ずつ準備しておいた５つのＤＭＳＯ溶媒にそれぞれ濃度１５質量％の割合で添加し、その後、それらクモ糸タンパク質が添加された５つのＤＭＳＯ溶媒のうちの４つに、互いに異なる量の純水を添加し、混合して、水分含有量（水分率）が下記表１に示す値となる５種類のドープ液を作製した。それら５種類のドープ液のうち、水分含有量が０質量％、０．７５質量％、１．５質量％、３質量％のものはそれぞれ実施例１、実施例２、実施例３、実施例４であり、水分含有量が５質量％のものは比較例１であった。なお、それら実施例１〜４と比較例１の５種類のドープ液の作製に際しては、シェイカーを用いて、クモ糸タンパク質を５時間溶解した後、ゴミと泡を取り除いた。この処理はすべて相対湿度１．３％ＲＨ以下のドライルームで行った。保存も相対湿度１．３％ＲＨ以下のドライルームで行った。そして、実施例１〜４のドープ液と比較例１のドープ液のそれぞれについて、温度を変えたときの粘度変化を調べた。それらの結果を下記表１と図１に示した。

表１及び図１から明らかなとおり、ドープ液中の水分含有量が５質量％未満の実施例１〜４は、ドープ液中の水分含有量が５質量％である比較例１に比して、温度に関係なく粘度が高くなっており、温度低下に伴う粘度の上昇率も明らかに大きくなっている。また、実施例１〜４のドープ液の中でも、水分含有量が低いほど粘度が高く、水分含有量０質量％の実施例１の粘度が最も高くなっている。しかも、室温に近い２５℃の温度では、実施例１〜４の粘度が、比較例１の粘度に対して２．８〜４．７倍の極めて大きな値となっている。これらの結果は、ドープ液中の水分含有量を５質量％未満とすることによって、粘度を増大させ得ることを如実に示している。なお、実施例１〜４のドープ液を用いたときに安定した紡糸やキャスティングができることも確認した。

（実施例５〜９）
この実験は、湿度管理の有無とクモ糸タンパク質濃度と温度を変えたときの粘度変化を調べたものである。先ず、前記で得られたクモ糸タンパク質（粉体）を真空乾燥（絶乾）した後、雰囲気の相対湿度１．３％ＲＨ以下のドライルーム内で、絶乾状態（水分含有量が０質量％）のクモ糸タンパク質（粉体）を下記表２に示す濃度となるようにＤＭＳＯ溶媒に溶かして、クモ糸タンパク質濃度が互いに異なる４種類のドープ液（実施例５〜８）を製造し、その後、それら実施例５〜８の４種類のドープ液を相対湿度１．３％ＲＨ以下のドライルーム内に２４時間保存した。また、湿度管理していない通常の実験室内（大気中）で、絶乾状態のクモ糸タンパク質（粉体）を濃度が２２.０質量％になるようにＤＭＳＯ溶媒に溶かして、ドープ液（実施例９）を製造した。この実施例９のドープ液は、湿度管理していない通常の実験室内に２４時間保存した。各条件は次の表２のとおりであった。そして、実施例５〜９のドープ液の温度と粘度の関係を調べた。その結果を図２に示した。

図２に示すように、実施例９（湿度管理をしていない環境で製造・保存したタンパク質濃度２２．０質量％）のドープ液の温度と粘度の関係は、実施例７（ドライルームで製造・保存したタンパク質濃度２０．５質量％）のドープ液の温度と粘度の関係と略同様なものとなっている。これは、実施例９のドープ液を製造・保存している間に、大気中の水分が実施例９のドープ液中に混入したためであると考えられる。これらの結果から、ドープ液の製造時や保存時に、雰囲気の相対湿度を低くして、ドープ液の吸水を抑えることによりドープ液の粘度を高く維持できることが確認された。

（参考試験１）
前記で得られたクモ糸タンパク質（粉体）を真空乾燥（絶乾）した後、絶乾状態のクモ糸タンパク質（粉体）を温度２５℃、相対湿度７２％ＲＨの大気に暴露し、含水率の変化を調べた。その結果を図３に示した。図３から明らかなとおり、絶乾状態のクモ糸タンパク質（粉体）は、約２０分で水分率は約１３質量％（平衡水分率）に達していた。このことから、粉体のクモ糸タンパク質を真空乾燥してからドープ液とすることは重要であることが分かった。真空乾燥しないと、室温や相対湿度が高い環境下で保存したクモ糸タンパク質の粉体に吸着した水分がそのままドープ液に入ることになる。

（参考試験２）
ドープ液中への水分の混入によるドープ液の粘度低下が、単なるドープ液の水分による希釈に起因するものでないことを確認するために、以下の試験を行った。先ず、温度５０℃での粘度が、実施例１のドープ液と同程度である食器用洗剤を準備した。次いで、準備した食器用洗剤を１００質量％としたきの食器用洗剤中の水分含有量が３質量％となるように、食器用洗剤に対して水分を添加し、温度５０℃で粘度を測定して、水分の添加前と後での粘度の変化率を調べた。

その結果、水分を添加する前の食器用洗剤の温度５０℃での粘度は１４３ｍＰａ・ｓで、水分添加後の食器用洗剤の温度５０℃での粘度は１３３ｍＰａ・ｓであった。食器用洗剤の水分添加による温度５０℃での粘度の低下率は７％となっていた。これに対して、実施例１のドープ液の温度５０℃での粘度は１５３ｍＰａ・ｓで、水分添加により水分含量が３質量％とされた実施例４のドープ液の温度５０℃での粘度は８９ｍＰａ・ｓであった。クモ糸タンパク質を溶解したドープ液の水分添加による温度５０℃での粘度の低下率は４２％となっていた。これらのことから、クモ糸タンパク質などのポリペプチドを溶解してなる極性溶媒溶液中への水分混入による粘度低下が単なる水分による希釈に起因するものでないことが明確に認識された。

ポリペプチドの極性溶媒溶液の粘度が溶液中への水分の混入（含有）によって極端に低下するのは、以下のような理由によるものと考えられる。タンパク質（ポリペプチド）の分子を構成するアミノ酸は多様な側鎖を有している。そのため、タンパク質の極性溶媒溶液中に水分子が入り込むと、タンパク質分子の側鎖間で水素結合が形成されて、タンパク質分子が凝集する。それにより、タンパク質の溶解性が低下して、タンパク質の極性溶媒溶液の粘度が低下すると考えられる。従って、その逆に、タンパク質の極性溶媒溶液中から水分子を除去すれば、タンパク質分子の凝集を抑制して、極性溶媒溶液へのタンパク質の溶解性を高めることが可能となり、その結果、極性溶媒溶液の粘度を上昇させ得るようになると考えられる。

本発明の極性溶媒溶液は湿式紡糸、フィルムキャスト、ゲル、パーティクル、メッシュ体、各種成形物に有用である。

配列番号１〜４、１２、１３アミノ酸配列
配列番号５〜７塩基配列
配列番号８〜１１プライマーシーケンス

Claims

ポリアミノ酸を含む溶質を極性溶媒に溶解した極性溶媒溶液の製造方法であって、
前記ポリアミノ酸は、大吐糸管しおり糸タンパク質及び大吐糸管しおり糸タンパク質に由来するクモ糸タンパク質からなる群から選ばれる１種以上のクモ糸タンパク質であり、
前記極性溶媒は、ジメチルスルホキシド(ＤＭＳＯ)であり、
前記溶液中の水分含有量を減少させることにより、前記溶液の粘度を増加させており、
前記溶液の製造及び／又は貯蔵の際に雰囲気の相対湿度を調整することによって、前記溶液中の水分含有量を減少させるようにしたことを特徴とする極性溶媒溶液の製造方法。
前記大吐糸管しおり糸タンパク質に由来するクモ糸タンパク質は、式１：ＲＥＰ１−ＲＥＰ２（１）で示されるアミノ酸配列の単位を２以上含む組換えクモ糸タンパク質であり、前記式（１）において、ＲＥＰ１は、（Ｘ１）ｐで表されるポリアラニン領域を意味し、ｐは２〜２０の整数を示し、Ｘ１は、アラニン（Ａｌａ）、セリン（Ｓｅｒ）、又はグリシン（Ｇｌｙ）を示し、（Ｘ１）ｐで表されるポリアラニン領域において、アラニンの合計残基数が該領域のアミノ酸の合計残基数の８０％以上であり、連続して並んでいるアラニンは、２残基以上２０残基以下であり、ＲＥＰ２は１０〜２００残基のアミノ酸からなるアミノ酸配列であり、前記アミノ酸配列中に含まれるグリシン、セリン、グルタミン、プロリン及びアラニンの合計残基数がアミノ酸残基数全体に対して４０％以上である請求項１に記載の極性溶媒溶液の製造方法。
前記大吐糸管しおり糸タンパク質に由来するクモ糸タンパク質は、配列番号１、配列番号２又は配列番号３に示されているアミノ酸配列を有するＡＤＦ３由来の組換えクモ糸タンパク質、或いは配列番号１、配列番号２及び配列番号３の何れかに示されるアミノ酸配列において１若しくは複数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入及び／又は付加されたアミノ酸配列からなり、結晶領域と無定型領域からなる繰り返し領域を有するＡＤＦ３由来のクモ糸タンパク質である請求項１又は２に記載の極性溶媒溶液の製造方法。
前記溶液を１００質量％としたときの前記溶液中の水分含有量を５質量％未満になるようにした請求項１〜３の何れか１項に記載の極性溶媒溶液の製造方法。
前記溶液を１００質量％としたときの前記溶液中の水分含有量を３質量％以下になるようにした請求項１〜４の何れか１項に記載の極性溶媒溶液の製造方法。
前記溶液を１００質量％としたときの前記溶液中の水分含有量を１．５質量％以下になるようにした請求項１〜５の何れか１項に記載の極性溶媒溶液の製造方法。
前記ポリアミノ酸を含む溶質を乾燥させた後、前記極性溶媒に溶解させることによって、前記溶液中の水分含有量を減少させるようにした請求項１〜６の何れか１項に記載の極性溶媒溶液の製造方法。
前記溶液の製造及び／又は貯蔵の際に雰囲気の相対湿度を１．３％ＲＨ以下に調整する請求項１〜７の何れか１項に記載の極性溶媒溶液の製造方法。