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Exploration and functional analysis of novel proteins involved in the direct functionalization of molecular nanocarbons by insects

Research Project

Project/Area Number 22K14782
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 37010:Bio-related chemistry
Research InstitutionNagoya University

Principal Investigator

Usami Atsushi  名古屋大学, 高等研究院(WPI), 特任助教 (40890447)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Keywords生物変換 / 昆虫 / 分子ナノカーボン / 生体触媒 / タンパク質
Outline of Research at the Start

分子ナノカーボンは、最も活発な研究領域の一つであり、官能基を付与することで新たな物性や機能が見出されている。しかし、適用可能な分子は限定的なため、依然として反応開発が強く求められている。最近申請者は、代表的な分子ナノカーボンであるカーボンナノリング ([6]CPP) がハスモンヨトウ幼虫により位置選択的に直接水酸化されることを発見した。そこで本研究では、 [6]CPP の水酸化反応に関わる遺伝子を RNA-seq により探索・同定し、同遺伝子にコードされるタンパク質の機能を明らかにすることで基礎と応用の両面からナノカーボンバイオロジーという新分野の創出に向けた学術的な基盤を固める。

Outline of Final Research Achievements

This project has successfully explored the novel proteins involved in the direct oxidation of molecular nanocarbons and characterized their functions, using the insect, Spodoptera litura larva, as a biocatalyst. The protein involved in the direct oxidation is a variant of cytochrome P450, a xenobiotic enzyme. Furthermore, the specificity of the substrates was revealed by feeding molecular nanocarbons of various sizes to the larvae of S. litura, and the binding structure, stability, and reaction mechanism were successfully inferred by computational science. It is expected that in the future, novel functional molecular nanocarbons can be created by elucidating the molecular functional capabilities of target proteins in detail.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

分子ナノカーボンは、現在、その特異な性質から工学を始め様々な分野で利用され、生物医学への応用可能性が示され、より複雑な未踏・新奇な分子ナノカーボンの精密設計・合成法が確立している。また、位置選択的に官能基を付与することで新たな物性や機能が見出されているが、適用可能な分子は限定的である。本研究では、昆虫が有する異物代謝能力に着目し実験を進めることで、機能化反応に関与する酵素タンパク質とその機能解明に成功した。本成果は、これまで有機合成的手法や物理的手法による合成・変換が「常識」であった分子ナノカーボン分野に「昆虫を用いた機能分子創製」という新たなオプションを提示する大きな第一歩である。

Report

(3 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Research-status Report
  • Research Products

    (7 results)

All 2024 2023 2022

All Journal Article (1 results) Presentation (6 results) (of which Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Exploring the Potential Applications of Biocatalysts2024

    • Author(s)
      Atsushi USAMI
    • Journal Title

      Institute for Advanced Research Letter

      Volume: 22 Pages: 28-28

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  • [Presentation] ハスモンヨトウ幼虫を生体触媒に用いたナノカーボン材料の機能化2024

    • Author(s)
      宇佐見 享嗣、河野 英也、Austen Vic、周戸 大季、加藤 智紀、山田 早人、八木 亜樹子、天池 一真、Phung Quan、藤本 和宏、柳井 毅、伊丹 健一郎
    • Organizer
      日本昆虫学会第84回大会・第68回日本応用動物昆虫学会大会 合同大会
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      宇佐見 享嗣
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  • [Presentation] 農業害虫を益虫に。2023

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      宇佐見 享嗣
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      九州・沖縄昆虫研究会2023年度秋の例会・第100回九州昆虫セミナー
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  • [Presentation] 有機化学研究室で昆虫を。2023

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      宇佐見 享嗣
    • Organizer
      名大発アカデミックフラッシュ 第25報
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  • [Presentation] 新奇環状ジアリールエーテルの合成と性質2023

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      加藤智紀, 河野英也, 宇佐見享嗣, 周戸大季, 八木亜樹子, 伊丹健一郎
    • Organizer
      第54回構造有機化学若手の会 夏の学校
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  • [Presentation] 生物変換による酸素原子含有ナノベルトの合成2022

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      河野英也・宇佐見享嗣・周戸大季・天池一真・八木亜樹子・伊丹健一郎
    • Organizer
      第32回基礎有機化学討論会
    • Related Report
      2022 Research-status Report

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Published: 2022-04-19   Modified: 2025-01-30  

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