生体分子の改造・創成を実現する新規進化分子工学的スクリーニング技術の開発
Publicly Offered Research
| Project Area | Molecular Engine: Design of Autonomous Functions through Energy Conversion |
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| Project/Area Number |
19H05380
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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 |
上野 博史 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (10546592)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
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| Keywords | 分子機械 / 進化分子工学 / マイクロデバイス / ATPase |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では分子機械の改造・創成を実現する新規進化分子工学的スクリーニング技術の開発を行う。そのため1DNA隔離、タンパク質発現・精製、機能評価、DNA回収という進化分子工学的スクリーニングプロセスの全てをマイクロチャンバーデバイス内で実現する技術を開発する。これまでの研究から精製以外のプロセスのデバイス実装は完了している。そこで本研究では微小ドロップレット内でのタンパク質精製プロセスを組み込んだスクリーニング技術を確立する。さらに確立したスクリーニング技術を分子機械であるF1-ATPaseのスクリーニングへと拡張させ、分子機械の改造や新規機能の創成への適応を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では進化分子工学による生体分子の改造・創成を実現する新規スクリーニング技術の開発を目的とする。具体的には1DNA 隔離、タンパク質発現・精製、機能評価、DNA 回収というスクリーニングプロセスをマイクロチャンバーデバイス内で実現する新規進化分子工学的スクリーニング技術を開発する。本研究が実現すれば、１デバイスあたり数万個～数十万個のライブラリの高精度スクリーニングが一日で可能になる。モデル生体分子としてはATPase を対象とし、ATPを分解して化学エネルギーを力学的エネルギーへと変換する分子機械F1-ATPase の改造や新規機能の創成への適応を目指す。スクリーニングを実現するにはATPase反応のデバイス内での検出が必要になる。そこで前年度に、ATP分解で生じるADP、Piを酵素カップリング反応により蛍光物質へと変換しデバイス内で検出する新規方法を開発し、10分子程度のATPaseの活性を蛍光で検出できることを示した。しかし、サンプルが存在しない場合でも偽陽性の信号が出る問題と、バックグラウンドの蛍光の上昇が大きいという問題が出てきた。そこで本年度は、この計測法の最適化を行った。具体的には、偽陽性信号の原因と考えられた酵素カップリング反応に用いる酵素を全て自前で調製・精製することにより、偽陽性信号の低減を試みた。また溶液の構成要素の検討を行うことで、バックグラウンドの蛍光上昇の低減を試みた。結果、偽陽性信号を1/33に、バックグラウンドの蛍光上昇を1/5に低減することに成功した。さらにこの最適化した実験系により、ATPase１分子のデバイス内検出を実現し、活性の低いATPaseと高いATPaseの活性を区別することにも成功した。これはこの新規検出系を用いることで、活性の高いATPaseをデバイス内でスクリーニング可能であることを示している。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(24 results)
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[Journal Article] Monodisperse Liposomes with Femtoliter Volume Enable Quantitative Digital Bioassays of Membrane Transporters and Cell-Free Gene Expression2020
Author(s)
Soga, N., Ota, A., Nakajima, K., Watanabe, R., Ueno, H., & Noji, H.
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Journal Title
ACS Nano
Volume: 14
Issue: 9
Pages: 11700-11711
DOI
Related Report
Peer Reviewed
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[Journal Article] Tracking the 3D Rotational Dynamics in Nanoscopic Biological Systems.2020
Author(s)
Ryuji Igarashi, Takuma Sugi, Shingo Sotoma, Takuya Genjo, Yuta Kumiya, Erik Walinda, Hiroshi Ueno, Kazuhiro Ikeda, Hitoshi Sumiya, Hidehito Tochio, Yohsuke Yoshinari, Yoshie Harada, Masahiro Shirakawa
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Journal Title
Journal of the American Chemical Society
Volume: 142
Issue: 16
Pages: 7542-7554
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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