2019 Fiscal Year Annual Research Report
Self-replication of nonequilibrium dynamical DNA artificial cells
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17H01813
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
瀧ノ上 正浩 東京工業大学, 情報理工学院, 准教授 (20511249)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
川野 竜司 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90401702)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 分子ロボット / 人工生命 / 人工細胞 / DNAナノテクノロジー / ソフトマター / マイクロ流体工学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
DNA設計によるプログラマブルな動的分子システムである「自己複製する非平衡動的なDNA人工細胞」の構築のため，DNAマイクロゲルおよびDNAマイクロカプセルの自己組織化と制御に関する研究を実施した．今年度は，外場によるマイクロ粒子の制御，DNA人工細胞カプセルの安定化， 自律的に分裂できるDNAゲル人工細胞の構築を中心に行い，非平衡動的なDNA人工細胞の実現を目指した．
(1) 非平衡動的なDNA人工細胞の構築には，非平衡状況下で外場のエネルギーを利用し駆動するメカニズムの構築が必要である．そこで，マイクロ粒子をモデルとして利用し，外場である電場のエネルギーから自律的に方向性のある集団運動を取り出す方法を確立した．
(2) DNA人工細胞カプセルの安定化の研究を行った．具体的には，従来のDNAオリガミの1/10のサイズのDNAオリガミを直方体的に自己組織化させ，そこに疎水性分子であるコレステロールを付加し，両親媒性DNAオリガミ構造を作った．また，生成時の凝集や界面吸着問題を解決するため，疎水性部分を保護するプロテクタメカニズムを開発し，高効率で生成するとともに，着脱を制御できることを実証した．これにより，定量的に，界面制御を実現でき，飛躍的に実験がしやすい技術を開発することに成功した．
(3)自律的に分裂できるDNAゲル人工細胞の構築：Y-motif構造と呼ばれるDNAナノ構造を集積したDNAゲルを構築した．このDNAゲルの中には，最初は2種類の配列が混和することで一体となったDNAゲル粒子を形成しているが，外からのタンパク質入力に応答して，混和に寄与しているリンカーDNAが切断されることによって，混和状態が解消され，細胞分裂や細胞核の分裂のような自律的な分裂を実現できることを実証した．これにより，自己複製する非平衡動的なDNA人工細胞の基盤が確立した．
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| Research Progress Status |
令和元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 |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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