米乐m6官方网站（以下简称“AIST”）地圈资源与环境研究部，高级研究员 Goshi Furota，筑波大学数学与材料系 Seiya Tsujimura 教授，国家研究开发机构，日本海洋地球科学技术机构，超先进研究与开发部，Masaru K Nobu，首席研究员，辅酶F420(以下简称F420)。
近年来，利用微生物和酶的力量生产燃料、食品和药品等化学产品分子的技术引起了人们的关注。特别地，酶促还原反应的特征在于特定底物的立体选择性还原。它还具有反应温度和压力低、有害副产物少等优点。因此，与化学合成相比，可以高选择性、高效率地制造特定分子，并且对环境的影响较小。
在这项研究中，甲烷是由二氧化碳制成的产甲烷古菌F使用者（以下简称甲烷细菌）420这个F420具有已知最高的还原能力电子载体F420介导的酶还原反应开发新的分子制造技术预计。然而，要在工业上利用这一点，F420为简化形式。这次，F420，即F420从氧化形式到还原形式（及其逆反应）。
这项技术预计不仅可以应用于新的分子制造技术，还可以应用于生物传感器的开发以及产生天然气的甲烷细菌的研究。
此研究结果的详细信息将于 2025 年 1 月 28 日发布。生物电化学
酶还原反应作为一种新的分子生产方法而受到关注，该方法利用了生物体代谢中所用酶的高底物特异性和温和的反应特性。该反应体系是通过电子交换进行的，因此需要分子（电子载体）的介入。由于所需的电子载体的氧化/还原状态根据目标反应的类型而不同，因此在使用酶反应时根据反应对其进行控制非常重要。
一般来说，为了控制电子载体的氧化/还原状态，需要外部添加试剂作为电子供体(或受体)来还原(或氧化)电子载体。在该方法中，反应仅通过添加的试剂量进行，并且试剂的成本变得巨大。另一方面，在电化学反应方法中，电极本身仅通过持续施加电压即可充当电子供体（或受体）。因此，可以在不添加试剂作为电子供体的情况下连续调节电子载体的氧化和还原态。 F420是一种已知还原能力最强的电子载体，有望实现传统无法还原的稳定有机化合物的酶促还原反应。然而，F420的困难，尚未取得足够的研究进展，到目前为止F420的电化学反应系统从未被建造过。
AIST一直在进行地下微生物的资源生成功能和环境污染净化功能的研究（AIST 2024 年 12 月 20 日新闻稿）。在此过程中，为了进一步促进地下微生物的利用，F420捐赠的电子，即减少的 F420简化形式 F420''具有特别优异的还原能力，因此预计甚至能够还原以前化学性质太稳定而无法还原的有机化合物。所以这一次，F420的氧化态和还原态的技术。
这项研究得到了日本学术振兴会科学研究补助金 (22K18427) 的部分支持。
F420（非卖品）是通过大量培养甲烷细菌、提取和纯化工作手工生产的，F420的电化学性质结果，金属和碳电极循环并F420不直接与10833_10866|发生反应另一方面，体内 F420的氧化还原反应是由酶控制的。因此，F420的酶电极反应可以实现，并开始选择适合该反应的酶。
源自甲烷细菌的 F420F 依赖性亚硫酸还原酶 (Fsr)420反应，因此我们建立了通过让微生物大量生产该酶来稳定获得该酶的方法。通过电化学实验，我们发现F420的减少不仅需要 Fsr，还需要苄基紫精 (BV)，这是一种介导电子转移的有机分子（图 1）。这个结果表明，如果Fsr的催化作用和BV的介导作用发挥良好，F420，表示酶电极反应体系建立（图2）。
图 1 F
420电化学实验结果
添加Fsr和BV（红线）的反应体系中，还原和氧化电流增加，即电极和F420预计它们之间会发生电子交换。这个结果表明Fsr和BV的组合是F420可以建造。
*原始论文中的数字被引用或修改。
图 2 构造的 F420电极反应系统中的电子传递路径
BV 是电极和电子之间的介体 (e-)，使用Fsr作为催化剂F420的还原和氧化
*原始论文中的数字被引用或修改。
更详细地，我们通过测量吸光度验证了电极周围发生的电极反应（图 3）。 F420仅当处于氧化状态时，才会强烈吸收波长为 420 nm 的光。另一方面，当减少时，它就会失去其特性。经过详细的电化学实验，发现当施加在电极上的电压向负方向（负侧）变化时，波长为420 nm的光的吸收减少，实际上F420的还原反应继续。另一方面，当电压沿正方向（正侧）变化时，波长为420 nm的光的吸收恢复，F420的氧化反应正在进步。这表明Fsr和BV的组合就是电化学F420的氧化还原反应
图 3 F420、BV、Fsr
与电压（施加电位）的减少和增加相对应的吸光度的减少和增加是F420的酶促电化学反应正在向氧化和还原两个方向进展。
*原始论文中的数字被引用或修改。
预计通过应用所构建的酶电极反应系统，将有可能开发出迄今为止由于需要高还原能力而无法实现的新分子制造技术。另外，“辅酶F420还有可能开发出可用作“生物传感器”的酶电极。 F420是产甲烷菌产甲烷代谢中重要的电子载体，其浓度和氧化还原态转变可能与产甲烷菌的代谢活性直接相关。通过利用该反应系统现场实时研究这种关系，有望实现甲烷细菌代谢活动的实时观测。这使得可以快速采取适当的措施，例如人工添加必要的营养物质，并有可能利用生活在厌氧发酵罐和生产天然气的地下环境中的甲烷细菌的新陈代谢来促进能源生产。 F420不仅含有甲烷细菌，还含有多种类型的可用于材料生产的微生物，因此有望应用于广泛的材料生产技术。
开发了 F420F420电极反应特性的高效酶修饰电极。目前，反应所需的Fsr和BV已扩散到反应溶液中。今后，我们将继续开发酶电极，将酶和具有与Fsr和BV相当的功能或两者相同的有机分子固定在电极上，我们将开发可在各种环境中使用的高度通用的F420我们计划将其开发为氧化还原技术。通过开发这种酶修饰电极，F420可以很容易地调整为简化形式，F420介导的酶反应的工业应用和学术研究将得到晋升。待并行开发的酶修饰电极F420我们的目标是评估和提高其作为生物传感器的实用性。
日本科学技术协会
地圈资源与环境研究部 Goji Furota，首席研究员、Masaki Kaneko，首席研究员、Kenta Asahina，首席研究员、Miho Yoshikawa，首席研究员、Kazuma Shimada，研究助理
生物医学研究部首席研究员竹下大二郎
生物过程研究部五十岚健介首席研究员
功能化学研究部 中道佑介，首席研究员
国立大学法人筑波大学
数学和材料教授辻村诚哉
国家海洋地球科学技术局
超尖端研究开发部 Masaru K Nobu 首席研究员
标题：辅酶 F 的双向电酶反应420使用苄基紫罗碱和 F420-依赖性亚硫酸还原酶
作者姓名：Satoshi Furota、Masanori Kaneko、Seiya Tsujimura、Daijiro Takeshita、Yusuke Nakamichi、Kensuke Igarashi、Masaru K Nobu、Miho Yoshikawa、Kenta Asahina、Chie Fukaya、Toshie Ishitsuka 和 Kazuma Shimada
已出版的杂志：生物电化学
DOI：101016/jbioelechem2025108922