| Project Area | Information physics of living matters |
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| Project/Area Number |
19H05795
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Complex systems
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
Yasushi Okada 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 教授 (50272430)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
神原 丈敏 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 技師 (40451637)
池崎 圭吾 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (10722960)
榎 佐和子 (苙口佐和子) 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特任助教 (50467635)
佐々 真一 京都大学, 理学研究科, 教授 (30235238)
川口 喬吾 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 理研白眉研究チームリーダー (00787319)
岩城 光宏 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 客員研究員 (30432503)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥303,420,000 (Direct Cost: ¥233,400,000、Indirect Cost: ¥70,020,000)
Fiscal Year 2023: ¥53,170,000 (Direct Cost: ¥40,900,000、Indirect Cost: ¥12,270,000)
Fiscal Year 2022: ¥54,860,000 (Direct Cost: ¥42,200,000、Indirect Cost: ¥12,660,000)
Fiscal Year 2021: ¥58,370,000 (Direct Cost: ¥44,900,000、Indirect Cost: ¥13,470,000)
Fiscal Year 2020: ¥60,320,000 (Direct Cost: ¥46,400,000、Indirect Cost: ¥13,920,000)
Fiscal Year 2019: ¥76,700,000 (Direct Cost: ¥59,000,000、Indirect Cost: ¥17,700,000)
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| Keywords | 情報熱力学 / 一分子計測 / 分子モーター / 1分子計測 / 細胞内環境 / 非平衡多体現象 / クロマチン / 液液相分離 / ヌクレオソーム / 分子混雑 |
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| Outline of Research at the Start |
生体分子モーターのin vitro での１分子計測を契機に、少数分子の非平衡系に対する統計力学・情報熱力学理論が近年大きく発展した。しかし、より生理的な条件あるいは細胞内での生体分子の挙動の理解には至っていない。本研究では、in vitro および細胞内での１分子計測と理論研究のフィードバックにより、細胞内のような本質的に非平衡な混雑環境を前提とした統計力学・情報熱力学の理論構築を行い、実際の生体分子機械に対してこれを適用することで、生体分子機械の設計原理の解明を行う。
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| Outline of Final Research Achievements |
Information is an essential keyword in biological phenomena across various hierarchical levels. In recent physics, development of new theoretical frameworks that treat information as a physical entity equivalent to force and energy has been advancing.
This planned research aimed to elucidate the design principles of biomolecular machines by applying statistical mechanics and information thermodynamics theories to actual biomolecular machines. We focused on: (1) developing information thermodynamics theory applicable to single-molecule measurements, (2) establishing measurement technologies to achieve single-molecule measurements required for information thermodynamics, and (3) establishing basic theories of non-equilibrium many-body phenomena to understand intracellular non-equilibrium crowded environments. We achieved numerous results in areas (1) and (2), and in area (3) we obtained multiple research outcomes that integrate both theoretical and experimental aspects.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
理論家と実験家の分野融合研究を推進することで、生命現象理解に適用することを目指した理論の深化、情報熱力学理論の適用を目指した実験技術の開発の両面で大きな成果が得られ、物理学および生命科学のそれぞれに貢献してきた。開発された顕微鏡や蛍光プローブなどの計測技術は、生命科学研究に汎用的に応用できるため、領域外の研究者にも広く利用され、本領域のスコープを超えたハイインパクトな成果を創出した。一方、理論面の発展は、量子情報分野に予想外の進展をもたらした。本領域の夢である「新しい生命の物理学」も、理論と実験双方における課題が明確化され、達成可能な目標へと具体化された。
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