2022 Fiscal Year Annual Research Report

Universal molecular motor for DNA nanorobot

Publicly Offered Research

Project Area	Molecular Cybernetics -Development of Minimal Artificial Brain by the Power of Chemistry
Project/Area Number	21H05898
Research Institution	Institute of Physical and Chemical Research
Principal Investigator	酒井雄介国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 研究員 (10895501)
Project Period (FY)	2021-09-10 – 2023-03-31
Keywords	DNAナノテクノロジー / 分子機械 / 生化学 / 分子ロボット / 原子間力顕微鏡 / マイクロ流体デバイス / 自己組織化
Outline of Annual Research Achievements	DNAは、相補的な配列を持った分子同士で自発的に二重らせん構造を組む性質を持ち、容易に化学合成可能で、二重らせんの形成を自在に設計することができるため、ナノ構造や論理演算回路を設計・構築する材料として盛んに研究が行われている。本研究では、DNAを旋回させる天然の酵素を、DNAナノロボットの駆動モジュールとして活用するための方法論の確立を目指している。酵素の基質となる二重鎖DNA(「駆動軸」)の両端を、剛性のある弓型の構造体で結んだDNAナノロボットを昨年度までに構築し、これを用いて「駆動軸」および天然、または改変した酵素からなる動力モジュールを、DNAナノ構造体に導入する汎用的な方法論を検討した。また、微量のDNA折り紙構造体を作成する流体デバイスを開発し、DNA折り紙研究の効率化を目指した。 (1) DNA構造体と酵素の相互作用の最適化：DNA構造体に対する酵素の性質を評価し、最適化を進めた。また、検討の過程でDNAナノロボットの剛性が不足することが明らかとなったため、設計を改訂し、評価系の改善をおこなった。 (2) 酵素のDNA構造体への固定化：足場DNAに酵素が認識する配列を組み込み、効率を向上させることを目指し、カスタムした足場DNAを構築する実験系を現所属においても確立した。 (3) DNA構造体側の基質DNAの固定方法：新たな基質DNA固定方法として光架橋とDNAライゲースを使用するアプローチを目指し、検証を進めている。 (4) DNA分画デバイスの作成：DNA固定化樹脂の検討を昨年度に完了し、現在は流体デバイスの試作やシミュレーションを用いた熱制御の検討取り組んでいる。
Research Progress Status	令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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。
Remarks	研究コミュニティに公開しているDNAナノテクノロジー用のツール集