2013 Fiscal Year Annual Research Report
核酸ナノ構造を活用した多元分子情報変換デバイスの創成
| Project Area | Development of Molecular Robots equipped with sensors and intelligence |
|---|
| Project/Area Number |
24104002
|
|---|
| Research Institution | Kyoto University |
|---|
Principal Investigator |
齊藤 博英 京都大学, iPS細胞研究所, 教授 (20423014)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
遠藤 政幸 京都大学, 物質-細胞統合システム拠点, 准教授 (70335389)
鈴木 泰博 名古屋大学, 情報科学研究科, 准教授 (50292983)
瀧ノ上 正浩 東京工業大学, 総合理工学研究科(研究院), 講師 (20511249)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2012-06-28 – 2017-03-31
|
| Keywords | 分子ロボティクス / リポソーム / DNAナノ構造体 / RNA / 自律性 / 人工細胞モデル / 人工レセプター / 少数分子化学反応 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
研究代表者の齊藤は，低分子RNA(マイクロRNA)の入力シグナルを検知して，目的遺伝子の翻訳をON/OFF制御できる新たなマイクロRNA応答性RNAスイッチの開発に成功した。このシステムは分子ロボットの感覚機能構築のための汎用的デバイスとなることが期待できる。
分担者の遠藤は，分子ロボットのセンサーとなる人工レセプター構造体の構築を検討し，2つのドメインに分かれたDNAオリガミ構造体を設計し構築した。2つのドメイン間にセンサー部位を導入し，外部刺激に対して構造変化を誘導できた。また，分子ロボット内部で働く，制御可能な転写系の構築を行った。プロモーター部位の一部を欠損した鋳型DNAを作成し，欠損配列が結合すると転写を活性化できる。欠損配列を生成する制御DNA配列を使い，微量の制御DNA配列から切断と増幅を繰り返し，転写を活性化できる系を構築した。
分担者の瀧ノ上は，自律的な核酸コンピューティング技術をベースにして，光刺激を感知してRNA分子情報に変換するデバイスの設計と実験を行い，実際に情報変換・増幅ができることが確認できた。また，分子ロボットの外部環境とのインターフェースとなるリポソームベースのマイクロカプセルの高速生成システムの開発に成功した。他班（アメーバ班・スライム班）との連携として，複雑形状マイクロハイドロゲルの作製手法の構築と自律運動に関する実験にも成功した。
分担者の鈴木は，通常の反応系（大数系）を膜をもちいて少数系化することにより, 少数分子系の性質を利用したノイズリダクション系を詳細に調べた, またノイズエラー入力による“リーク”について，ノイズであってもなくても，入力配列と結合したらいったん入力をすべてキャンセルさせること，および,前駆平衡反応の性質を用いて温度コントロールすることによりノイズリダクションを可能とする系の提案を行った。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度の研究計画にある通り，RNPによるナノ構造体の構築と制御，および細胞への応用に目処が立った。分子ロボットのセンサーとなる人工レセプター構造体の構築を行い，転写活性化の制御法が開発できた。また，光刺激に応答するデバイスの実験に成功し，分子ロボットの感覚システムの構築に目処が立った。また，他班との連携，特に，運動機能に関する連携研究として自律運動の実験に成功した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
代表の齊藤は，RNAスイッチ技術，RNAナノ構造体構築技術をベースとし，これらRNAデバイスを分子ロボット感覚機能に実装する研究を進める。また，作製した分子ロボットの具体的応用として，再生医療分野等の医療応用に貢献できる，哺乳類細胞内で機能するRNA型分子ロボットプロトタイプの設計と構築を進める。分担者の遠藤は，センシング部位を導入した人工レセプターを脂質2重膜(ベシクル)に貫通させて導入し，その応答性と機能を検討する。ベシクル内での制御可能な転写・翻訳系の構築を行う。分担者の瀧ノ上は，構築した光刺激を感知して分子情報に変換するデバイスを利用し，光に応答して構造変形するリポソームベースのマイクロカプセル型分子ロボットの構築に挑戦する。また，非対称複雑形状マイクロゲル粒子をベースにした自律運動分子ロボットに，走化性・走光性などのセンサー機能を搭載するメカニズムの設計と実験を検討する。分担者の鈴木は，プロジェクト全体で利用可能となるように要素技術化を行う。特に，温度コントロールによるノイズ除去や，齊藤，遠藤らが構築してきた実験系について，数理モデル化を行い生化学反応のシグナル増幅としての要素技術化を行う。
|
Research Products
(68 results)
