2018 Fiscal Year Annual Research Report
Emergence of autonomous functions through hierarchical integration of molecular engines
| Project Area | Molecular Engine: Design of Autonomous Functions through Energy Conversion |
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| Project/Area Number |
18H05423
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
角五 彰 北海道大学, 理学研究院, 准教授 (10374224)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
景山 義之 北海道大学, 理学研究院, 助教 (90447326)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2023-03-31
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| Keywords | 生体発動分子 / 人工発動分子 / 集団運動 / 自律機能 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生体分子モーターは優れた運動効率、高い比出力を備えた生体由来の発動分子（生体発動分子）である。この発動分子を動力源としたアクチュエーターの開発が各国で盛んに行われている。しかし、依然として実用化への道のりは遠いのが現状である。その理由として発動分子の決定論的な動作が保障されていない、耐久性や熱安定性が低い、ダイナミクスを制御・操作する技術が確立されていないなどの要因がある。本研究では生体分子モーターに人工修飾を加えたハイブリッド型生体発動分子を創出・集積し、集団で機能するエネルギー変換素子の創成を目指す。併せて人工の発動分子の集団エネルギー変換系の構築に取り組み、時空間的階層性を有した分子運動系の基礎学理構築を目指している。本年度（平成 30 年度）には、二次元界面上での生体発動分子（キネシン）の運動発現に取り組み、生体発動分子をエラストマーやリン脂質などから構成されるソフトな二次元界面上に固定化する技術を確立させた。さらに領域内連携によりATPをエネルギー源とした生体発動分子（微小管）の機械的な運動を二次元界面上で発現させ、ロバストな運動のイメージング解析を確立させた。また実験環境下での生体発動分子、特にキネシンの効率的な駆動を実現するために、班員が有する特許（熱安定化変異体のスクリーニング法をもとに熱耐性キネシンの開発に着手した。
同時に人工発動分子の集団エネルギー変換系の学理構築に向け、①既に構築している人工発動分子集合体の自律運動について数理科学者・物理学者との連携研究の開始、および②新たに構築する化学基質駆動型の人工発動分子システムの創出に向けた試料の合成と、その二次元界面への固定化に着手した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
実施計画通りに進んでいるため
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究では、１）二次元界面を足場とした生体発動分子の運動発現系の確立、２）生体発動分子の集団運動発現系の確立、３）生体発動分子による物質輸送システムを確立することで標的物質を集団で輸送し機能的な組織体へと組み上げる集積場を提供する。さらに得られた知見をもとに４）人工分子による自律集団運動を実現することを目的としている。
本年度は、領域内連携によりATPをエネルギー源とした生体発動分子（微小管）の機械的な運動を二次元界面上で発現させ、ロバストな運動のイメージング解析を継続するとともに、熱耐性キネシンの開発に向けスクリーニング実験を開始させる。さらに特異的な相互作用を有する半人工分子機械などと生体発動分子を複合化したハイブリッド型生体発動分子の設計指針を確立させる。
同時に人工発動分子の集団エネルギー変換系の学理構築に向け、化学基質の変換をエネルギー源とする二次元界面上での物質輸送を実現するとともに、その仕組みの解明に着手する。
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