Development of the next-generation high-speed AFM and detailed dynamic behavior analysis of biomolecules

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H00327
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 28:Nano/micro science and related fields
• Research Institution: Kanazawa University
• Principal Investigator: Kodera Noriyuki 金沢大学, ナノ生命科学研究所, 教授 (30584635)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 原子間力顕微鏡 / 一分子イメージング / タンパク質 / 核酸 / 生体分子

Outline of Final Research Achievements

High-speed AFM (HS-AFM) is a unique microscope that allows simultaneous observation of the shape and motion of biomolecules in action. However, many life phenomena cannot be observed with the conventional temporal resolution of HS-AFM. Here, in order to observe a wider range of life phenomena with HS-AFM, we significantly improved the response speed of the Z-scanner, amplitude-detector for cantilever oscillation and cantilever, which had limited the temporal resolution of the HS-AFM. Using the HS-AFM containing the devices developed here, we succeeded in observing the process of assembly of translation factors into ribosomal stalk complexes and the long-range cleavage of DNA by CRISPR-Cas3 while reeling DNA, and thus obtained new biologically meaningful findings.

Free Research Field

生物物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

イメージング技術の発明や発展は、これまで見えなかった世界や現象を新たに“見る”ことを可能にするため、いつの時代も新しい科学の進展につながってきた。とりわけ生命科学の分野においては、現象の新発見とその詳細理解が、新たな診断・治療法、医薬品の開発に直結するため、その寄与は大きい。本研究では、機能中の生体分子の形状と動きを同時に観察できるユニークな顕微鏡法である高速AFMの時間分解能を大幅に向上させるデバイス群を開発することに成功した。人類の可視化範囲を広げることに寄与したと言えるため、研究成果の学術的・社会的意義は大きいと考える。