2018 Fiscal Year Research-status Report
Distribution control of sugar chains for the highly sensitive influenza bio-sensor system
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17K05010
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| Research Institution | Chubu University |
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Principal Investigator |
河原 敏男 中部大学, 生命健康科学部, 教授 (80437350)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大海 雄介 中部大学, 生命健康科学部, 助手 (10584758)
中内 靖 筑波大学, システム情報系, 教授 (50361324)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | バイオセンサ / ナノカーボン応用 / 糖鎖の評価・最適化 / インフルエンザ感染性 / 糖鎖分布制御 / 機械学習 / ウイルス定量化・比較 / センサーネットワーク |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究で開発するバイオセンサは、グラフェンFETの表面にレセプターである糖鎖プローブを展開したものであり、糖鎖プローブのシアル酸配位によりインフルエンザウイルスの感染宿主を選択的に結合させる。高感度検出のための糖鎖プローブ構造最適化のため、展開手法の比較を行った。特に、効率的な検出のための糖鎖プローブの分布制御を行った。平成29年度に報告したように、Sialylglycopeptide (SGP)では反応性のゆらぎが大きかったが、展開プロセスの最適化により糖鎖プローブとして高効率化の可能性があったので検討した。反応性のゆらぎの原因は、分子のコンフォメーションゆらぎのために一部の分子の反応性が遮蔽されるためであるので、糖鎖を持たないタンパク質であるBovine serum albumin (BSA)を足場分子として用いることで、分子ゆらぎをむしろ反応性の向上に用いることに成功した。また、糖鎖とウイルスの結合状態のAFM観察から糖鎖の使用効率が向上していることが分かり、高感度化につながっていた。同時に反応性のゆらぎも抑えられ、使いやすい糖鎖プローブの開発が出来た。これらの結果は、学会発表を行うと共に、現在、論文を投稿中である。短い糖鎖であるシアリルラクトサミンに関してもBSAに固定化して検討を行っているので、今後比較検討を行う予定である。また、デバイスの半導体材料の高性能化として、BN膜の成長を検討し大面積化に成功したので論文発表を行った。一方、ウイルスと細胞や糖鎖の結合に関して、微小な信号を解析しなければならないため、多数の感染実験から結合性を評価する必要がある。解析効率の向上により大電流化の要件の緩和が期待されるため、反応評価実験に使用するウイルスのプラーク写真のカウンティングに関して、特徴点抽出の効果を検討した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
平成30年度は、Sialylglycopeptide (SGP)の分布制御を進めた。BSA固定化を検討し、反応活性、そのゆらぎを詳細に調べて論文等にまとめた。SGPに集中することで、比較すべき条件等が明確になったが、糖鎖間の比較は実験を継続中である。データは揃ってきているがさらに積み重ねる必要があるので、やや遅れていると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
糖鎖を2本鎖でシアル酸を持つSialylglycopeptide (SGP)の糖鎖プローブとして展開方法を開発した結果、反応性が高い糖鎖プローブが得られた。さらに、各種糖鎖分子での比較を進めて糖鎖プローブの最適化を行う。その際に、ウイルスとの反応形態を実空間で観察することで分布構造の最適化を進める。特に、糖鎖に集中部分と疎な部分があり、適度の空間的距離を取っていて、細胞上の糖鎖に近い配置となっていることを活かして、今後ウイルスとの反応性を調べて最適化を進める予定である。人工知能の活用では、ウイルスの感染実験を進めることで教師データを増やして機械学習によるプラークのカウンティングの正確さを向上させることを目指す。さらに、開発したAIを細胞やウイルスの株等の各種条件のインフルエンザウイルスの感染実験に適用して定量化の精度を上げていきたい。
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| Causes of Carryover |
平成30年度も糖鎖の展開プロセスに集中したことと、デバイス関連では材料最適化を優先して進めたため消耗品の支出が少なかった。2019年度は、ウイルスとの反応性実験を中心に細胞培養等に消耗品を支出して糖鎖の比較を継続し、また、デバイスへの展開で消耗品を使う予定である。
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[Journal Article] N-glycan structures of human alveoli provide insight into influenza A virus infection and pathogenesis2018
Author(s)
Nongluk Sriwilaijaroen, Shin-ichi Nakakita, Sachiko Kondo, Hirokazu Yagi, Koichi Kato, Takeomi Murata, Hiroaki Hiramatsu, Toshio Kawahara, Yohei Watanabe, Yasushi Kanai, Takao Ono, Jun Hirabayashi, Kazuhiko Matsumoto, Yasuo Suzuki
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Journal Title
The FEBS Journal
Volume: 285
Pages: 1611-1634
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] BSA 固定化糖鎖を用いたレセプター糖鎖高密度化によるインフルエンザウイルス検出感度向上の試み2019
Author(s)
平松宏明, 河原敏男, 大海雄介, 鈴木康夫, 中北愼一, 渡邊洋平, 大野恭秀, 前橋兼三, 小野尭生, 金井康, 松本和彦
Organizer
日本薬学会第139年会
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[Presentation] インフルエンザ感染時のレセプター糖鎖の足場構造によるクラスター形成の重要性2018
Author(s)
平松宏明, 大海雄介, 河原敏男, 鈴木康夫, 中北愼一, 渡邉洋平, 大野恭秀, 前橋兼三, 小野尭生, 金井康, 松本和彦
Organizer
日仏生物学会第188回例会
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[Presentation] インフルエンザウイルス検出のためグラフェントランジスタの構造およびプロセスの検討2018
Author(s)
山本佳織, 小野尭生, 牛場翔太, 金井康, 谷奥正巳, 前橋兼三, 井上恒一, 渡邊洋平, 中北愼一, 河原敏男, 鈴木康夫, 木村雅彦, 松本和彦
Organizer
第79回応用物理学会秋季学術講演会
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[Presentation] SiC上グラフェンの糖鎖機能化によるインフルエンザウイルス検出2018
Author(s)
小野尭生, 谷口嘉昭, 牛場翔太, 金井康, 前橋兼三, 井上恒一, 渡邊洋平, 中北愼一, 鈴木康夫, 河原敏男, 木村雅彦, 大野恭秀, 永瀬雅夫, 松本和彦
Organizer
第79回応用物理学会秋季学術講演会
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[Presentation] Effective Binding of Sugar Chains to Influenza Viruses on the Surface by the Bovine Serum Albumin Localization2018
Author(s)
Toshio Kawahara, Hiroaki Hiramatsu, Yuhsuke Ohmi, Yasuo Suzuki, Shin-ichi Nakakita, Yohei Watanabe, Yasuhide Ohno, Kenzo Maehashi, Takao Ono, Yasushi Kanai, Kazuhiko Matsumoto
Organizer
14th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures (ACSIN-14) 26th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM26)
Int'l Joint Research
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