2022 Fiscal Year Annual Research Report
Preparation process for lightweight and high-strength materials using chitin fiber assembling proteins from beetle elytra
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22H01877
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
新垣 篤史 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10367154)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | タンパク質 / キチン / 甲虫 / 軽量高強度材料 / バイオプロセス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
甲虫は、水の浸入や外敵の攻撃からやわらかい組織を保護するため、有機分子が積層した軽量さと頑強性を併せ持った外骨格（表皮）を形成する。甲虫の表皮は、形や構造の多様性、軽量さと頑丈さを併せ持つ材料として、航空機、ロボット等の先端材料開発分野で注目を集めている。本研究では、甲虫におけるキチン繊維配向の制御機構の解明と制御機構を利用した軽量構造材料の作製プロセスの開発を目的としている。複数種の甲虫の表皮構造を走査型電子顕微鏡及びCTスキャナーを用いて解析し、甲虫種によって、表皮のキチン/タンパク質複合体の積層構造に大きな違いがあることを見出した。また、表皮におけるキチンとタンパク質含量の比についても差異が確認され、甲虫種間における機械特性の違いは、積層構造と組成によるものと考えられた。次に、ニホンカブトムシの発達段階の異なる表皮のトランスクリプトーム解析を行い、表皮形成の各段階に発現する表皮タンパク質遺伝子を特定した。これらタンパク質のアミノ酸配列中には、キチン結合部位とタンパク質間相互作用に関与すると考えられる部位が確認され、キチン繊維の配向制御に関与していることが予想された。また、アミノ酸配列の特徴から新たな表皮タンパク質のグループが存在することを明らかにした。同様の特徴を有する表皮タンパク質を複数種の甲虫のゲノムデータから探索し、キチン繊維の配向制御に関与するタンパク質の候補を絞り込んだ。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初計画通り、表皮形成の各過程で発現するタンパク質の特徴を見出し、新しいタンパク質グループの存在を示した。異種甲虫からも同様の特徴を有するタンパク質を探索した。次年度におけるタンパク質機能部位の同定とキチン/タンパク質複合材料の作製に向けた準備も整っており、当初の研究目的に向けて、おおむね計画通り順調に進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度に同定されたタンパク質のリコンビナントを調製し、機能解析と材料の調製を行う。
-キチン繊維配向制御タンパク質の機能部位の同定
-キチン/タンパク質複合材料の作製
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[Journal Article] Fibrous anisotropy and mineral gradients Within the radula stylus of chiton: Controlled stiffness and damage tolerance in a flexible biological composite2022
Author(s)
Jung-Eun Lee , John Connolloy, Wen Yang, Guillaume Freychet, Taifeng Wang, Steven A Herrera, Satoshi Murata, Phani Saketh Dasika, Devis Montroni, Anna Pohl, Chenhui Zhu, Mikhail Zhernenkov, Richard Wuhrer, Leigh Sheppard, Michiko Nemoto, Atsushi Arakaki, Pablo Zavattieri, David Kisailus
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Journal Title
J. Compos. Mater.
Volume: 57
Pages: 565-574
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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