2012 Fiscal Year Research-status Report
珪藻殻形成にヒントを得たシリカ自己組織化塩基性ペプチドの創成
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24651119
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
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| Research Institution | Kwansei Gakuin University |
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Principal Investigator |
松田 祐介 関西学院大学, 理工学部, 教授 (30291975)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 自己組織化 / ナノバイオ / シリカ構造 / 塩基性ペプチド / 珪藻殻 |
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| Research Abstract |
珪藻の殻は数十ナノメートル単位のメゾスコピックなサイズの整列構造を自己組織化する最も精密なバイオミネラリゼーションである。この作用は、近年の研究から殻に分泌される塩基性ペプチドとポリアミン鎖の作用によることが分かってきている。本研究では、この作用にヒントを得、人工的に作った様々なパターンの塩基性ポリペプチドによるシリカバイオミネラリゼーションの可能性を探ることを目的としている。最終的に、基板表面上に、珪藻殻に見られるようなナノメートル単位の整列構造を自己組織化するペプチドのセットを開発すること、およびその作用原理を明らかにすることを目標としている。
平成24年度は計画に従い、以下のサブプロジェクトを行った。1. 単純な2次構造に塩基性アミノ酸を埋め込んだペプチドの設計を行い、大腸菌に生産させることに成功した。2. 生産した人工ペプチドを精製し、シリカ固体形成反応を確認した。3. この人工塩基性ペプチドと相互作用するペプチドの生産を全体計画に入れているが、当該年度の実施計画はない。4. 生産、精製、および機能を確認したペプチドについてpH、塩濃度、ケイ酸濃度、ペプチド濃度等を変え、精製するシリカの構造を定性的、定量的に解析した。また、ケイ酸源を様々なタイプのものに変え、この影響を見た。その結果、ケイ酸の粒径、形状をある程度制御することに成功した。5. 人工塩基性ペプチドを吸着するGa/As基板など試作した。
相互作用ペプチドと基盤の設計による高度な形状制御とその原理のモデル化にはまだ遠いが、シリカバイオミネラリゼーション作用を持つ人工ペプチドの設計と生産に成功し、その活性確認および制御の可能性を示す成果を得た。
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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
本研究前半期の最大の目標は珪藻殻形成機構にヒント得て、その原理に基づく人工ペプチドを設計・生産・精製し、そのシリカバイオミネラリゼーション活性を確認することであったため、その目的は十分達成できていると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の研究計画にあげた項目に従って以下のように勧める予定である。1. 前年度から引き続き、設計したペプチドの生産と精製を行う。活性確認や機能特性の解析が進んだ実験からフィードバックして、新たな設計理論を構築し、第二世代以降のペプチドを設計、生産する。2. 生産、精製に成功したペプチドについて順次その活性を確認する。また第二世代、第三世代のペプチドについては、4. の解析結果を踏まえて、より特異的な環境における特異的な構造形成に焦点を絞った活性確認を行う。3. 機能特性の分析が行われたペプチドについて、この活性を抑制・修飾しうる構造（電荷の中和や疎水性相互作用など）を有すると考えられるペプチド（例えば抗体なども有効利用する、或いはペプチド以外の化合物も含める）を設計し、これを生産、精製する。また、シリカ固体形成ペプチドについてもその構造中にお互いが相互作用して相互に結合し得る人工ドメイン（疎水クラスタなど）を埋め込み、このような構造が元のペプチドにどのような機能を付加するかを分析する。4. 精製したペプチドについて順次反応条件と生成シリカ構造の相関を分析する。第二世代以降のペプチドおよび相互作用ペプチドについては、これらの組み合わせも考慮に入れた機能特性の解析を行う。5. 単純な中心パターン（数マイクロメートルの六角形や方格）を描画した基板を作成し、ここに1～4の工程で作製し、機能特性が決定しているペプチド（或いはペプチド系）を吸着する。この吸着ペプチドの働きにより中心パターン内に自己組織化されるシリカ構造の解析を行う。解析には走査型電子顕微鏡および捜査プロ―ヴ顕微鏡を用いる。この結果を構造形成の数理科学モデルにフィードバックし、モデルと反応条件の精密化を図る。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
1000円未満の少額の繰り越しが発生したが、少額であるため、使用計画に変更はなく、消耗品を中心とした物品費および研究遂行に必要な実験補佐への謝金として使用する計画である。
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