JP7340263B2 - 高収縮人造フィブロイン撚糸及びその製造方法、並びに人造フィブロイン撚糸及びその収縮方法 - Google Patents
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Description
[1]
改変フィブロインを含む、収縮された人造フィブロイン撚糸であって、
下記式Iで定義される収縮率が2%以上である、高収縮人造フィブロイン撚糸。
収縮率(%)={1-(収縮された人造フィブロイン撚糸の長さ/加撚後、水と接触する前の人造フィブロイン撚糸の長さ)}×100 …(式I)
[2]
上記改変フィブロインが改変クモ糸フィブロインである、[1]に記載の高収縮人造フィブロイン撚糸。
[3]
沸点未満の水との接触により収縮されたものである、[1]又は[2]に記載の高収縮人造フィブロイン撚糸。
[4]
上記水の温度が、10~90℃である、[3]に記載の高収縮人造フィブロイン撚糸。
[5]
上記水との接触後に乾燥させることにより更に収縮されたものである、[3]又は[4]に記載の高収縮人造フィブロイン撚糸。
[6]
改変フィブロインを含む人造フィブロイン撚糸を沸点未満の水と接触させて上記人造フィブロイン撚糸を収縮させる工程を備え、
下記式Iで定義される収縮率が2%以上である、高収縮人造フィブロイン撚糸の製造方法。
収縮率(%)={1-(収縮された人造フィブロイン撚糸の長さ/加撚後、水と接触する前の人造フィブロイン撚糸の長さ)}×100 …(式I)
[7]
上記改変フィブロインが改変クモ糸フィブロインである、[6]に記載の高収縮人造フィブロイン撚糸の製造方法。
[8]
上記水の温度が、10~90℃である、[6]又は[7]に記載の高収縮人造フィブロイン撚糸の製造方法。
[9]
上記収縮させる工程が、上記水との接触後の人造フィブロイン撚糸を乾燥させることを更に含む、[6]~[8]のいずれかに記載の高収縮人造フィブロイン撚糸の製造方法。
[10]
改変フィブロインを含む人造フィブロイン撚糸を沸点未満の水と接触させて上記人造フィブロイン撚糸を収縮させる工程を備え、
下記式Iで定義される収縮率が2%以上である、人造フィブロイン撚糸の収縮方法。
収縮率(%)={1-(収縮された人造フィブロイン撚糸の長さ/加撚後、水と接触する前の人造フィブロイン撚糸の長さ)}×100 …(式I)
[11]
上記改変フィブロインが、改変クモ糸フィブロインである、[10]に記載の人造フィブロイン撚糸の収縮方法。
[12]
上記水の温度が10~90℃である、[10]又は[11]に記載の人造フィブロイン撚糸の収縮方法。
[13]
上記収縮させる工程が、上記水との接触後の人造フィブロイン撚糸を乾燥させることを更に含む、[10]~[12]のいずれかに記載の人造フィブロイン撚糸の収縮方法。
[14]
改変フィブロインを含み、かつ下記式IIで定義される収縮率が2%以上である、人造フィブロイン撚糸。
収縮率(%)={1-(沸点未満の水に接触させることを含む収縮加工を施した人造フィブロイン撚糸の長さ/上記収縮加工を施す前の人造フィブロイン撚糸の長さ)}×100 …(式II)
[15]
上記改変フィブロインが、式1:[(A)nモチーフ-REP]mで表されるドメイン配列を含み、
上記ドメイン配列が、天然由来の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、(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、
[1]~[5]のいずれか一つに記載の高収縮人造フィブロイン撚糸、[6]~[9]のいずれか一つに記載の高収縮人造フィブロイン撚糸の製造方法、[10]~[13]のいずれか一つに記載の人造フィブロイン撚糸の収縮方法、又は[14]に記載の人造フィブロイン撚糸。
[式1中、(A)nモチーフは2~27アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示し、かつ(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が83%以上である。REPは10~200アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示す。mは2~300の整数を示す。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。]
[16]
上記ドメイン配列が、天然由来の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、[15]に記載の高収縮人造フィブロイン撚糸、高収縮人造フィブロイン撚糸の製造方法、人造フィブロイン撚糸の収縮方法、又は人造フィブロイン撚糸。
[17]
上記ドメイン配列が、天然由来の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、[15]に記載の高収縮人造フィブロイン撚糸、高収縮人造フィブロイン撚糸の製造方法、人造フィブロイン撚糸の収縮方法、又は人造フィブロイン撚糸。
[18]
上記改変フィブロインが、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、上記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50%以上である、[1]~[5]のいずれか一つに記載の高収縮人造フィブロイン撚糸、[6]~[9]のいずれか一つに記載の高収縮人造フィブロイン撚糸の製造方法、[10]~[13]のいずれか一つに記載の人造フィブロイン撚糸の収縮方法、又は[14]に記載の人造フィブロイン撚糸。
[式1中、(A)nモチーフは2~27アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示し、かつ(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が83%以上である。REPは10~200アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示す。mは2~300の整数を示す。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。]
[19]
上記改変フィブロインが、式1:[(A)nモチーフ-REP]mで表されるドメイン配列を含み、
上記ドメイン配列が、天然由来の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、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、
[1]~[5]のいずれか一つに記載の高収縮人造フィブロイン撚糸、[6]~[9]のいずれか一つに記載の高収縮人造フィブロイン撚糸の製造方法、[10]~[13]のいずれか一つに記載の人造フィブロイン撚糸の収縮方法、又は[14]に記載の人造フィブロイン撚糸。
[式1中、(A)nモチーフは2~27アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示し、かつ(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が83%以上である。REPは10~200アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示す。mは2~300の整数を示す。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。]
[20]
上記ドメイン配列が、天然由来のフィブロインと比較して、REP中のGGX及びGPGXX(但し、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、[19]に記載の高収縮人造フィブロイン撚糸、高収縮人造フィブロイン撚糸の製造方法、人造フィブロイン撚糸の収縮方法、又は人造フィブロイン撚糸。
[21]
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%以上である、[20]に記載の高収縮人造フィブロイン撚糸、高収縮人造フィブロイン撚糸の製造方法、人造フィブロイン撚糸の収縮方法、又は人造フィブロイン撚糸。
[22]
上記改変フィブロインが、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50.9%以上である、[1]~[5]のいずれか一つに記載の高収縮人造フィブロイン撚糸、[6]~[9]のいずれか一つに記載の高収縮人造フィブロイン撚糸の製造方法、[10]~[13]のいずれか一つに記載の人造フィブロイン撚糸の収縮方法、又は[14]に記載の人造フィブロイン撚糸。
[式1中、(A)nモチーフは2~27アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示し、かつ(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が83%以上である。REPは10~200アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示す。mは2~300の整数を示す。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。]
[23]
上記改変フィブロインが、天然由来のフィブロインと比較して、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のに加え、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を有する、[19]~[20]のいずれか一つに記載の高収縮人造フィブロイン撚糸、高収縮人造フィブロイン撚糸の製造方法、人造フィブロイン撚糸の収縮方法、又は人造フィブロイン撚糸。
[24]
上記改変フィブロインが、式1:[(A)nモチーフ-REP]mで表されるドメイン配列を含み、
上記ドメイン配列が、天然由来の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、
[1]~[5]のいずれか一つに記載の高収縮人造フィブロイン撚糸、[6]~[9]のいずれか一つに記載の高収縮人造フィブロイン撚糸の製造方法、[10]~[13]のいずれか一つに記載の人造フィブロイン撚糸の収縮方法、又は[14]に記載の人造フィブロイン撚糸。
[式1中、(A)nモチーフは2~27アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示し、かつ(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が83%以上である。REPは10~200アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示す。mは2~300の整数を示す。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。]
[25]
上記局所的に疎水性指標の大きい領域が、連続する2~4アミノ酸残基で構成されている、[24]に記載の高収縮人造フィブロイン撚糸、高収縮人造フィブロイン撚糸の製造方法、人造フィブロイン撚糸の収縮方法、又は人造フィブロイン撚糸。
[26]
上記疎水性指標の大きいアミノ酸残基が、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)から選ばれる、[24]又は[25]に記載の高収縮人造フィブロイン撚糸、高収縮人造フィブロイン撚糸の製造方法、人造フィブロイン撚糸の収縮方法、又は人造フィブロイン撚糸。
[27]
上記改変フィブロインが、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、[1]~[5]のいずれか一つに記載の高収縮人造フィブロイン撚糸、[6]~[9]のいずれか一つに記載の高収縮人造フィブロイン撚糸の製造方法、[10]~[13]のいずれか一つに記載の人造フィブロイン撚糸の収縮方法、又は[14]に記載の人造フィブロイン撚糸。
[式1中、(A)nモチーフは2~27アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示し、かつ(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が83%以上である。REPは10~200アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示す。mは2~300の整数を示す。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。]
[28]
上記改変フィブロインが、天然由来の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のに加え、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を有する、[24]~[25]のいずれか一つに記載の高収縮人造フィブロイン撚糸、高収縮人造フィブロイン撚糸の製造方法、人造フィブロイン撚糸の収縮方法、又は人造フィブロイン撚糸。
[29]
上記改変フィブロインが、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み、
上記ドメイン配列が、天然由来の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、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、
[1]~[5]のいずれか一つに記載の高収縮人造フィブロイン撚糸、[6]~[9]のいずれか一つに記載の高収縮人造フィブロイン撚糸の製造方法、[10]~[13]のいずれか一つに記載の人造フィブロイン撚糸の収縮方法、又は[14]に記載の人造フィブロイン撚糸。
[式1及び式2中、(A)nモチーフは2~27アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示し、かつ(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が80%以上である。REPは10~200アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示す。mは2~300の整数を示す。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。]
[30]
上記改変フィブロインが、REP中にGPGXX(但し、Xはグリシン残基以外のアミノ酸残基を示す。)モチーフを含み、GPGXXモチーフ含有率が10%以上である、[29]に記載の高収縮人造フィブロイン撚糸、高収縮人造フィブロイン撚糸の製造方法、人造フィブロイン撚糸の収縮方法、又は人造フィブロイン撚糸。
[31]
上記改変フィブロインのグルタミン残基含有率が9%以下である、[29]又は[30]に記載の高収縮人造フィブロイン撚糸、高収縮人造フィブロイン撚糸の製造方法、人造フィブロイン撚糸の収縮方法、又は人造フィブロイン撚糸。
[32]
上記他のアミノ酸残基が、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)、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)からなる群より選択されるアミノ酸残基である、[29]~[31]のいずれか一つに記載の高収縮人造フィブロイン撚糸、高収縮人造フィブロイン撚糸の製造方法、人造フィブロイン撚糸の収縮方法、又は人造フィブロイン撚糸。
[33]
上記改変フィブロインは、REPの疎水性度が-0.8以上である、[29]~[32]のいずれか一つに記載の高収縮人造フィブロイン撚糸、高収縮人造フィブロイン撚糸の製造方法、人造フィブロイン撚糸の収縮方法、又は人造フィブロイン撚糸。
[34]
上記改変フィブロインが、天然由来の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のに加え、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を有する、[29]~[33]のいずれか一つに記載の高収縮人造フィブロイン撚糸、高収縮人造フィブロイン撚糸の製造方法、人造フィブロイン撚糸の収縮方法、又は人造フィブロイン撚糸。
[35]
上記改変フィブロインが、26.0以上の限界酸素指数(LOI)値を有する、[1]~[5]のいずれか一つに記載の高収縮人造フィブロイン撚糸、[6]~[9]のいずれか一つに記載の高収縮人造フィブロイン撚糸の製造方法、[10]~[13]のいずれか一つに記載の人造フィブロイン撚糸の収縮方法、又は[14]に記載の人造フィブロイン撚糸。
[36]
上記改変フィブロインの、下記式Aに従って求められる最高吸湿発熱度が0.025℃/g超である、[1]~[5]のいずれか一つに記載の高収縮人造フィブロイン撚糸、[6]~[9]のいずれか一つに記載の高収縮人造フィブロイン撚糸の製造方法、[10]~[13]のいずれか一つに記載の人造フィブロイン撚糸の収縮方法、又は[14]に記載の人造フィブロイン撚糸。
式A:最高吸湿発熱度={(試料を、試料温度が平衡に達するまで低湿度環境下に置いた後、高湿度環境下に移したときの試料温度の最高値)-(試料を、試料温度が平衡に達するまで低湿度環境下に置いた後、高湿度環境下に移すときの試料温度)}(℃)/試料重量(g)
[式A中、低湿度環境は、温度20℃及び相対湿度40%の環境を意味し、高湿度環境は、温度20℃及び相対湿度90%の環境を意味する。]
本発明に係る高収縮人造フィブロイン撚糸は、改変フィブロインを含む、収縮された人造フィブロイン撚糸である。一実施形態に係る高収縮人造フィブロイン撚糸は、下記式Iで定義される収縮率が2%以上である。
収縮率(%)={1-(収縮された人造フィブロイン撚糸の長さ/加撚後、水と接触する前の人造フィブロイン撚糸の長さ)}×100 …(式I)
本実施形態に係る改変フィブロインは、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。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。
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(改変フィブロイン又は天然由来のフィブロイン)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。
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(改変フィブロイン又は天然由来のフィブロイン)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5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。
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(改変フィブロイン又は天然由来のフィブロイン)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5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。
式B:保温性指数=保温率(%)/試料の目付け(g/m2)
ここで、本明細書において、保温率は、サーモラボII型試験機(30cm/秒の有風下)を用いたドライコンタクト法で測定した保温率を意味し、後述する試験例に記載の方法により測定される値である。
式A:最高吸湿発熱度={(試料を、試料温度が平衡に達するまで低湿度環境下に置いた後、高湿度環境下に移したときの試料温度の最高値)-(試料を、試料温度が平衡に達するまで低湿度環境下に置いた後、高湿度環境下に移すときの試料温度)}(℃)/試料重量(g)
なお、式A中、低湿度環境は、温度20℃及び相対湿度40%の環境を意味し、高湿度環境は、温度20℃及び相対湿度90%の環境を意味する。
上記いずれの実施形態に係る改変フィブロインも、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。
一実施形態に係る改変フィブロイン繊維は、上述した改変フィブロインを紡糸して得られる人造繊維であり、上述した改変フィブロインを主成分として含む。
式A:最高吸湿発熱度={(試料を、試料温度が平衡に達するまで低湿度環境下に置いた後、高湿度環境下に移したときの試料温度の最高値)-(試料を、試料温度が平衡に達するまで低湿度環境下に置いた後、高湿度環境下に移すときの試料温度)}(℃)/試料重量(g)
なお、式A中、低湿度環境は、温度20℃及び相対湿度40%の環境を意味し、高湿度環境は、温度20℃及び相対湿度90%の環境を意味する。
式B:保温性指数=保温率(%)/試料の目付け(g/m2)
人造フィブロイン撚糸は、例えば、上述した改変フィブロイン繊維を含む糸を撚る工程(加撚工程)と、糸の撚りを維持した状態で糸を加熱して人造フィブロイン撚糸を得る工程(加熱工程)と、を含む方法により得ることができる。
加撚工程では、改変フィブロイン繊維を含む糸に撚りを加える。改変フィブロイン繊維を含む糸は、改変フィブロイン繊維のみからなる単独糸、又は改変フィブロイン繊維と他の繊維とを組み合わせてなる複合糸のいずれであってもよい。他の繊維とは、改変フィブロインを含まない繊維をいい、例えば、ナイロン、ポリエステル等の合成繊維、キュプラ、レーヨン等の再生繊維、及び、綿、麻等の天然繊維が挙げられる。改変フィブロイン繊維を含む糸における改変フィブロイン繊維の割合は、例えば、5質量%以上、20質量%以上、又は50質量%以上であってよい。改変フィブロイン繊維の割合を上記のような範囲とすることにより、人造フィブロイン撚糸の収縮加工における収縮率を調整できる。改変フィブロイン繊維を含む糸は、ステープル(短繊維)、フィラメント(長繊維)、又はこれらの混合物のいずれであってもよいが、フィラメントが好適である。
加熱工程は、任意に実施されるもので、加撚工程にて撚りを付与した糸を、撚りを維持した状態で加熱する工程である。加撚工程と、加熱工程とは、互いに独立した工程であってもよく、同時に行われる工程であってもよいが、好ましくは同時に行われる。
目的とする人造フィブロイン撚糸が人造フィブロイン仮撚り糸である場合、任意で、加熱工程により得られた人造フィブロイン撚糸を加撚工程とは逆の方向へ撚ることにより、人造フィブロイン仮撚り糸を得ることができる(解撚工程)。
一実施形態に係る人造フィブロイン撚糸は、上述した改変フィブロインを含み、かつ水と接触させるだけで高収縮が可能なものである。高収縮が可能とは、下記式IIで定義される収縮率が2%以上であることを意味する。
収縮率(%)={1-(沸点未満の水に接触させることを含む収縮加工を施した人造フィブロイン撚糸の長さ/上記収縮加工を施す前の人造フィブロイン撚糸の長さ)}×100 …(式II)
式A:最高吸湿発熱度={(試料を、試料温度が平衡に達するまで低湿度環境下に置いた後、高湿度環境下に移したときの試料温度の最高値)-(試料を、試料温度が平衡に達するまで低湿度環境下に置いた後、高湿度環境下に移すときの試料温度)}(℃)/試料重量(g)
なお、式A中、低湿度環境は、温度20℃及び相対湿度40%の環境を意味し、高湿度環境は、温度20℃及び相対湿度90%の環境を意味する。
式B:保温性指数=保温率(%)/試料の目付け(g/m2)
収縮加工は、人造フィブロイン撚糸を沸点未満の水と接触させること(以下、「接触ステップ」ともいう。)を含む。人造フィブロイン撚糸を沸点未満の水と接触させることにより、外力によらずに人造フィブロイン撚糸を収縮させることができる。接触ステップにおいて、人造フィブロイン撚糸の収縮は、例えば、以下の理由により生ずると考えられる。すなわち、一つの理由は、人造フィブロイン撚糸に含まれる改変フィブロインの二次構造や三次構造に起因すると考えられる。また別の理由は、例えば、製造工程での延伸等による残留応力を有する改変フィブロイン繊維において、水が繊維間又は繊維内へ浸入することにより、残留応力が緩和されることに起因すると考えられる。したがって、収縮加工での人造フィブロイン撚糸の収縮率は、例えば、改変フィブロイン繊維の製造過程における延伸倍率を調整することによりコントロールすることができると考えられる。
一実施形態に係る人造フィブロイン撚糸は、高収縮が可能なため、例えば、上述した収縮加工(接触ステップ、及び必要に応じて乾燥ステップ)を経て、高収縮人造フィブロイン撚糸を得ることができる。したがって、一実施形態において、高収縮人造フィブロイン撚糸は、改変フィブロインを含む人造フィブロイン撚糸を水と接触させて人造フィブロイン撚糸を収縮させる工程を備える方法により製造することができる。収縮させる工程は、上述した収縮加工と同様に行うことができる。
収縮率(%)={1-(収縮された人造フィブロイン撚糸の長さ/加撚後、水と接触する前の人造フィブロイン撚糸の長さ)}×100 …(式I)
式A:最高吸湿発熱度={(試料を、試料温度が平衡に達するまで低湿度環境下に置いた後、高湿度環境下に移したときの試料温度の最高値)-(試料を、試料温度が平衡に達するまで低湿度環境下に置いた後、高湿度環境下に移すときの試料温度)}(℃)/試料重量(g)
なお、式A中、低湿度環境は、温度20℃及び相対湿度40%の環境を意味し、高湿度環境は、温度20℃及び相対湿度90%の環境を意味する。
式B:保温性指数=保温率(%)/試料の目付け(g/m2)
一実施形態に係る人造フィブロイン撚糸の収縮方法は、改変フィブロインを含む人造フィブロイン撚糸を水と接触させて人造フィブロイン撚糸を収縮させる工程を備えるものである。収縮させる工程は、水との接触後の人造フィブロイン撚糸を乾燥させることを更に含むものであってよい。すなわち、上述した収縮加工と同様の態様で、人造フィブロイン撚糸の収縮方法を実施することができる。
(1)改変フィブロイン発現ベクターの作製
配列番号18で示されるアミノ酸配列を有する改変フィブロイン(PRT399)、配列番号12で示されるアミノ酸配列を有する改変フィブロイン(PRT380)、配列番号13で示されるアミノ酸配列を有する改変フィブロイン(PRT410)、及び配列番号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)を設計した。
得られた発現ベクターで、それぞれ大腸菌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。
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)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た。回収した凝集タンパク質から凍結乾燥機で水分を除き、目的とする改変フィブロイン(PRT399、PRT380、PRT410、及びPRT799)の凍結乾燥粉末をそれぞれ得た。
試験例1と同様にして、改変フィブロイン(PRT399、PRT380、PRT410及びPRT799)の凍結乾燥粉末を得た。濃度が4.0質量%になるようにLiClを溶解させたジメチルスルホキシド(DMSO)を溶媒として用意し、そこに改変フィブロイン(PRT399、PRT380、PRT410又はPRT799)の凍結乾燥粉末を、濃度18質量%又は24質量%となるよう添加し(表6参照)、シェーカーを使用して3時間溶解させた。その後、不溶物と泡を取り除き、改変フィブロイン溶液を得た。
押出しノズル直径:0.2mm
第1浴~第3浴中の液体及び温度:表6参照
総延伸倍率:表6参照
乾燥温度:60℃
製造例1~19で得た各改変フィブロイン繊維について、収縮率を評価した。すなわち、各改変フィブロイン繊維に対して、沸点未満の水に接触させることからなる収縮加工1を施した場合の収縮率(以下、「一次収縮率」ということがある。)、及び沸点未満の水に接触させた後、室温で乾燥させることからなる収縮加工2を施した場合の収縮率(以下、「二次収縮率」ということがある。)を評価した。
製造例1~19で得た改変フィブロイン繊維の巻回物から、それぞれ、長さ30cmの複数本の試験用の改変フィブロイン繊維を切り出した。それら複数本の改変フィブロイン繊維を束ねて、繊度150デニールの改変フィブロイン繊維束を得た。各改変フィブロイン繊維束に0.8gの鉛錘を取り付け、その状態で各改変フィブロイン繊維束を表7~10に示す温度の水に10分間浸漬した(収縮加工1)。その後、水中で各改変フィブロイン繊維束の長さを測定した。水中での改変フィブロイン繊維束の長さ測定は、改変フィブロイン繊維束の縮れを無くすために、改変フィブロイン繊維束に0.8gの鉛錘を取り付けたまま実施した。次いで、各改変フィブロイン繊維の一次収縮率(%)を、下記式IIIに従って算出した。式III中、L0は収縮加工を施す前の改変フィブロイン繊維束の長さ(ここでは30cm)を示し、Lwは収縮加工1を施した改変フィブロイン繊維束の長さを示す。
収縮率(一次収縮率)(%)={1-(Lw/L0)}×100 …(式III)
一次収縮率の評価のための水への浸漬の後、改変フィブロイン繊維束を水中から取り出した。取り出した改変フィブロイン繊維束を、0.8gの鉛錘を取り付けたまま、室温で2時間おいて乾燥させた(収縮加工2)。乾燥後、各改変フィブロイン繊維束の長さを測定した。次いで、各改変フィブロイン繊維の二次収縮率(%)を、下記式IVに従って算出した。式IV中、L0は収縮加工を施す前の改変フィブロイン繊維束の長さ(ここでは30cm)を示し、Lwdは収縮加工2を施した改変フィブロイン繊維束の長さを示す。
収縮率(二次収縮率)(%)={1-(Lwd/L0)}×100 …(式IV)
(1)実施例:高収縮撚糸
試験例1と同様にして、改変フィブロイン(PRT799)の凍結乾燥粉末を得た。濃度が4.0質量%になるようにLiClを溶解させたDMSOを溶媒として用意し、そこに改変フィブロイン(PRT799)の凍結乾燥粉末を、濃度24質量%となるよう添加し、シェーカーを使用して3時間溶解させた。その後、不溶物と泡を取り除き、改変フィブロイン溶液を得た。紡糸装置10に準じた紡糸装置を用いて乾湿式紡糸を行い、改変クモ糸フィブロイン繊維(24本のマルチフィラメント)を得た。乾湿式紡糸の条件は以下のとおりである。
凝固液(メタノール)の温度:5~10℃
延伸倍率:5倍
乾燥温度:80℃
収縮率(%)={1-(風乾後の撚糸の長さ/水に浸漬する前の撚糸の長さ)}×100 …(式V)
結果を表11に示す。実施例の高収縮人造フィブロイン撚糸は、肌触り性及び柔軟性に優れていた。
撚糸に代えて、実施例と同様して得られた改変クモ糸フィブロイン繊維の24本の束からなる無撚糸の収縮率を、実施例と同様にして求めた。結果を表11に示す。
改変クモ糸フィブロイン繊維の撚糸に代えてポリエステル繊維製の市販の撚糸の収縮率を、実施例と同様にして求めた。結果を表11に示す。
試験例1と同様にして、改変フィブロイン(PRT799)の凍結乾燥粉末を得た。PRT799は、0以下の平均HIを有する親水性改変フィブロインである。
試験例1と同様にして、改変フィブロイン(PRT918及びPRT799)の凍結乾燥粉末を得た。PRT918は、配列番号37で示されるアミノ酸配列を有し、0超の平均HIを有する、疎水性改変フィブロインである。
式A:最高吸湿発熱度={(試料を、試料温度が平衡に達するまで低湿度環境下に置いた後、高湿度環境下に移したときの試料温度の最高値)-(試料を、試料温度が平衡に達するまで低湿度環境下に置いた後、高湿度環境下に移すときの試料温度)}(℃)/試料重量(g)
試験例1と同様にして、改変フィブロイン(PRT966及びPRT799)の凍結乾燥粉末を得た。PRT966は、配列番号40で示されるアミノ酸配列を有し、0超の平均HIを有する、疎水性改変フィブロインである。
保温率(%)=(1-a/b)×100
式B:保温性指数=保温率(%)/試料の目付け(g/m2)
Claims (17)
- 改変フィブロインを含む、収縮された人造フィブロイン撚糸であって、
前記改変フィブロインは、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み、
[式1及び式2中、(A) n モチーフは2~27アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示し、かつ(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が40%以上である。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。mは2~300の整数を示す。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。]
前記ドメイン配列は、天然由来のフィブロインのアミノ酸配列とは異なり、
下記式Iで定義される収縮率が2%以上である、高収縮人造フィブロイン撚糸。
収縮率(%)={1-(収縮された人造フィブロイン撚糸の長さ/加撚後、水と接触する前の人造フィブロイン撚糸の長さ)}×100 …(式I) - 前記改変フィブロインが改変クモ糸フィブロインである、請求項1に記載の高収縮人造フィブロイン撚糸。
- 改変フィブロインを含む人造フィブロイン撚糸を沸点未満の水と接触させて前記人造フィブロイン撚糸を収縮させる工程を備え、
前記改変フィブロインは、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み、
[式1及び式2中、(A) n モチーフは2~27アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示し、かつ(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が40%以上である。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。mは2~300の整数を示す。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。]
前記ドメイン配列は、天然由来のフィブロインのアミノ酸配列とは異なり、
下記式Iで定義される収縮率が2%以上である、高収縮人造フィブロイン撚糸の製造方法。
収縮率(%)={1-(収縮された人造フィブロイン撚糸の長さ/加撚後、水と接触する前の人造フィブロイン撚糸の長さ)}×100 …(式I) - 前記改変フィブロインが改変クモ糸フィブロインである、請求項3に記載の高収縮人造フィブロイン撚糸の製造方法。
- 前記水の温度が、10~90℃である、請求項3又は4に記載の高収縮人造フィブロイン撚糸の製造方法。
- 前記収縮させる工程が、前記水との接触後の人造フィブロイン撚糸を乾燥させることを更に含む、請求項3~5のいずれか一項に記載の高収縮人造フィブロイン撚糸の製造方法。
- 改変フィブロインを含む人造フィブロイン撚糸を沸点未満の水と接触させて前記人造フィブロイン撚糸を収縮させる工程を備え、
前記改変フィブロインは、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み、
[式1及び式2中、(A) n モチーフは2~27アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示し、かつ(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が40%以上である。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。mは2~300の整数を示す。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。]
前記ドメイン配列は、天然由来のフィブロインのアミノ酸配列とは異なり、
下記式Iで定義される収縮率が2%以上である、人造フィブロイン撚糸の収縮方法。
収縮率(%)={1-(収縮された人造フィブロイン撚糸の長さ/加撚後、水と接触する前の人造フィブロイン撚糸の長さ)}×100 …(式I) - 前記改変フィブロインが、改変クモ糸フィブロインである、請求項7に記載の人造フィブロイン撚糸の収縮方法。
- 前記水の温度が10~90℃である、請求項7又は8に記載の人造フィブロイン撚糸の収縮方法。
- 前記収縮させる工程が、前記水との接触後の人造フィブロイン撚糸を乾燥させることを更に含む、請求項7~9のいずれか一項に記載の人造フィブロイン撚糸の収縮方法。
- 改変フィブロインを含み、
前記改変フィブロインは、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み、
[式1及び式2中、(A) n モチーフは2~27アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示し、かつ(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が40%以上である。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。mは2~300の整数を示す。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。]
前記ドメイン配列は、天然由来のフィブロインのアミノ酸配列とは異なり、
下記式IIで定義される収縮率が2%以上である、人造フィブロイン撚糸。
収縮率(%)={1-(沸点未満の水に接触させることを含む収縮加工を施した人造フィブロイン撚糸の長さ/前記収縮加工を施す前の人造フィブロイン撚糸の長さ)}×100 …(式II) - 前記改変フィブロインが、式1:[(A)nモチーフ-REP]mで表されるドメイン配列を含み、
前記ドメイン配列が、天然由来の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、(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、
請求項1又は2に記載の高収縮人造フィブロイン撚糸。
[式1中、(A)nモチーフは2~27アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示し、かつ(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が40%以上である。REPは10~200アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示す。mは2~300の整数を示す。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。] - 前記改変フィブロインが、式1:[(A)nモチーフ-REP]mで表されるドメイン配列を含み、
前記ドメイン配列が、天然由来の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、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、
請求項1又は2に記載の高収縮人造フィブロイン撚糸。
[式1中、(A)nモチーフは2~27アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示し、かつ(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が40%以上である。REPは10~200アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示す。mは2~300の整数を示す。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。] - 前記改変フィブロインが、式1:[(A)nモチーフ-REP]mで表されるドメイン配列を含み、
前記ドメイン配列が、天然由来の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、
請求項1又は2に記載の高収縮人造フィブロイン撚糸。
[式1中、(A)nモチーフは2~27アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示し、かつ(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が40%以上である。REPは10~200アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示す。mは2~300の整数を示す。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。] - 前記改変フィブロインが、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み、
前記ドメイン配列が、天然由来の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、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、
請求項1又は2に記載の高収縮人造フィブロイン撚糸。
[式1及び式2中、(A)nモチーフは2~27アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示し、かつ(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が40%以上である。REPは10~200アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示す。mは2~300の整数を示す。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。] - 前記改変フィブロインが、26.0以上の限界酸素指数(LOI)値を有する、請求項1又は2に記載の高収縮人造フィブロイン撚糸。
- 前記改変フィブロインの下記式Aに従って求められる最高吸湿発熱度が0.025℃/g超である、請求項1又は2に記載の高収縮人造フィブロイン撚糸。
式A:最高吸湿発熱度={(試料を、試料温度が平衡に達するまで低湿度環境下に置いた後、高湿度環境下に移したときの試料温度の最高値)-(試料を、試料温度が平衡に達するまで低湿度環境下に置いた後、高湿度環境下に移すときの試料温度)}(℃)/試料重量(g)
[式A中、低湿度環境は、温度20℃及び相対湿度40%の環境を意味し、高湿度環境は、温度20℃及び相対湿度90%の環境を意味する。]
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