2022 Fiscal Year Annual Research Report
Non-Equilibrium Thermodynamic Conditions for Emergence of Life Revealed by Minimal Cells
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20H00120
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
今井 正幸 東北大学, 理学研究科, 教授 (60251485)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
川勝 年洋 東北大学, 理学研究科, 教授 (20214596)
佐久間 由香 東北大学, 理学研究科, 講師 (40630801)
浦上 直人 山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授 (50314795)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ミニマルセル / 非平衡熱力学 / 生命の起源 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、生命の最も基本的な性質；１）外部から原料を取り込んで増殖に必要な分子群を合成し（代謝）、２）情報分子にコードされた情報をもとに膜が成長・分裂（情報の転送に基づくベシクルの再生産）する単純なシステム（ミニマルセル）を構築することにより、生命を支える物理法則を解明することを目的としている。最終年度である本年度は今までの研究で得られた知見を統合して、このミニマルセルの構築を目指した。
外部から原料（グルコース）を取り込み、これをグルコース分解酵素(GOD)と反応させることによりエネルギー分子(H2O2)を生産し、このH2O2がAOTベシクル上でアニリンを鋳型重合することにより、特定のモノマー配列を持つ情報高分子PANI-ESを合成する。このPANI-ESは外水相中にあるAOT膜分子と相互作用してAOTベシクルに取り込む働きをする。この時、同時にAOT分子と相互作用して膜に取り込まれるSDBSをキャリアとしてコレステロール(Chol)をベシクルに取り込むようにすると、AOTベシクルは成長だけではなく、分裂もするようになる。さらにAOTベシクルの内側と外側にAOT膜への浸透性の異なる２種類のosmolytes (グルコースとシュークロース）を加えると、持続的なベシクルの某銃が起こり、ベシクルの成長-変形-分裂-体積回復の再帰的なベシクルの再生産が起こることを確認し、第４世代まで持続的にベシクルの増殖が起こるミニマルセルの構築に成功した。
さらにこのミニマルセルの代謝反応経路を記述する反応速度方程式を解くことにより、その情報高分子合成過程やベシクルの成長過程をシミュレーションし、文献にある反応速度定数を用いることにより、フィッティングパラメーターなしで実験結果を再現することに成功した。これらの成果は、ミニマルセル研究の最先端を行くものである。
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| Research Progress Status |
令和4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4年度が最終年度であるため、記入しない。
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