Statistical physics and energetics for autonomous motion and functional design in active molecular engines

• Project Area: Molecular Engine: Design of Autonomous Functions through Energy Conversion
• Project/Area Number: 18H05427
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 前多 裕介 九州大学, 理学研究院, 准教授 (30557210)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鳥谷部 祥一 東北大学, 工学研究科, 教授 (40453675)
• Project Period (FY): 2018-06-29 – 2023-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥124,150,000 (Direct Cost: ¥95,500,000、Indirect Cost: ¥28,650,000); Fiscal Year 2022: ¥23,270,000 (Direct Cost: ¥17,900,000、Indirect Cost: ¥5,370,000); Fiscal Year 2021: ¥23,660,000 (Direct Cost: ¥18,200,000、Indirect Cost: ¥5,460,000); Fiscal Year 2020: ¥22,100,000 (Direct Cost: ¥17,000,000、Indirect Cost: ¥5,100,000); Fiscal Year 2019: ¥22,100,000 (Direct Cost: ¥17,000,000、Indirect Cost: ¥5,100,000); Fiscal Year 2018: ¥33,020,000 (Direct Cost: ¥25,400,000、Indirect Cost: ¥7,620,000)
• Keywords: アクティブマター / 非平衡統計力学 / 集団運動 / 回転分子モーター / 非平衡ゆらぎ / エネルギー論 / エネルギー変換 / ソフトマター / 生体分子モーター / 揺動散逸定理の破れ / 人工細胞 / 非平衡現象 / べん毛モーター / アクトミオシン / 分子モーター / 非平衡揺らぎ / 揺らぎと応答 / 揺らぎ / ゆらぎと応答 / トポロジカル欠陥

Outline of Annual Research Achievements

本研究では，発動分子の設計指針をエネルギー論から明らかにし，発動分子の集団運動制御と機能発現のための理論・実験基盤を構築する．
前多Gでは，自律的に運動する物質群（アクティブマター）の集団運動の理解と制御を進めることで，発動分子の集団運動により動作するデバイスを創出することを目標としている．多数の発動分子が示す集団運動のダイナミクスを計測し，構造形成の制御を行う．具体的には生体分子モーターが集合した細胞骨格の高次構造体や自律的な力発生に駆動される人工細胞の自律的運動をモデルとして，発動分子による構造形成と集団運動の制御原理を明らかにした．得られた集団運動の制御では微小デバイスの幾何形状に基づいたルールに基づいており，物質輸送デバイスの設計に向けた研究を更に進めている．
鳥谷部Gでは分子モーターF1-ATPaseが高効率性を実現するメカニズムを明らかにするため，エネルギー変換に重要な固定子ヒンジ領域に変異を持つ変異体を用いた実験を行った．その結果，モーター内部からのエネルギー散逸はヒンジの硬さにほぼ依存しないことが分かった．この結果は，以前提唱された理論モデルを支持するものであり，エネルギー変換機構に関する重要な示唆が得られた．また，生体内ではFoモーターがF1モーターを強制回転させ，その力学的な仕事を化学的な自由エネルギーに変換してATPを合成している．しかし，実験手法が限られていることもあり，ATP合成については詳しく調べられていない． そこで，回転電場法を用いた外部トルク印加法を用いてATP合成時の回転を詳しく調べたところ，ATP加水分解とは異なり，ミカエリスメンテン式に従わないという興味深い結果が得られた．特に，基質量が少なくてもATP合成能が損なわれないという合理的な性質を発見した．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

前多Gは遊泳バクテリアをモデルとして集団運動にみられる渦運動のパターン制御を進めた．バクテリアを高密度に封入する微小デバイスを開発し，その集団運動パターンの計測とVicsekモデルに基づく理論解析を行った．その結果，渦の幾何学に基づいたルールによって集団運動を制御することに成功した．この幾何的ルールはバクテリアだけでなくキネシン分子モーターで駆動される微小管の集団運動でも同様に成り立つことも明らかとなり，物質の詳細や相互作用の種別によらないルールであることがわかった．今後はこの幾何的ルールに基づいた集団運動の制御デバイスの設計を進めていく．また，ミオシン分子モーターとアクチン細胞骨格からなるアクトミオシンゲルを細胞サイズ液滴に封入し，微小空間の配置対称性・並進対称性・回転対称性の制御を実現する連続体モデルの構築にも成功している．
鳥谷部Gでは，生体分子モーターの高効率な動作原理を調べることで，効率的な人工モーターの設計指針を得ることを目標に研究を進めている．特に，回転分子モーターであるF1-ATPaseのエネルギー変換機構について，1分子実験を駆使して研究している．今年度までに得られた研究成果から，ATP加水分解を駆動力とする回転機構のエネルギー変換メカニズムに関して，定量的な理論モデルをほぼ確定することができた．一方，力学的な仕事からATP合成への変換については研究の蓄積が少ない．しかし，今年度までの研究成果から，単に変換効率が高いだけでなく，ATPの無駄な消費を抑えたり，ADPなどの基質が減少してもATP合成能が維持されたりするという，新規メカニズムを発見した．さらに，数理モデルを構築し，そのメカニズムを特徴づけることができた．これらの性質は，ATPを合成するというF1-ATPaseの主役割にとって合理的であり，高効率な人工分子モーターの設計指針につながると考えている．

Strategy for Future Research Activity

前多Gは分子モーターが駆動する集団運動を微小デバイスにより制御し，自律的に動作する新規デバイス設計を目指す．第一に，キネシン分子モーターに駆動される微小管の集団運動を円柱格子のデバイス内で計測し，運動制御の幾何学的原理を明らかにする．円柱のサイズと格子間隔が適切な条件で集団運動の整流作用を見出しており，そのメカニズムを理論および数値計算により解明する．また，自律的な物質運搬デバイスに利用可能な分子モーターはキネシンに限らず，収縮力を発生するミオシン分子モーターとアクチン細胞骨格の複合体も重要な発動分子系である．これまでにアクトミオシンゲルによる物質配置の制御や細胞運動の解析を進めて来たが，力発生と周期的自律振動の関係については詳細な理解を得ていない．同様にデバイスの幾何形状や表面組成に応じたアクトミオシンゲルの動態変化を解析し，連続体モデルから解明する．最終的にはこれらアクティブマターの集団運動を組み合わせ，生命システムのような統合型デバイスの設計指針を創出する．
鳥谷部GはF1-ATPaseのATP合成回転時に着目し，そのエネルギー論を詳しく調べる．細胞内ではFoがF1を強制回転させ，その力学的な仕事を化学的な自由エネルギーに変換してATPを合成している．令和3年度に，ATP加水分解とは異なり，ATP合成はミカエリスメンテンモデルに従わないという興味深い結果が得られた．今年度はデータの質をさらに高めて論文を投稿する．また，FoがF1をどのように回しているのかは詳しく分かっていないが，どのように回せばより効率的かは実験で調べることが出来る．そこで，回転電場法および振動電場法を用い，一定トルクで回転させた場合と，角度トラップをして一定速度でトラップを回したときに，どちらの方がより少ない仕事で回せるかを計測する．これらの実験結果から，Foによる制御機構についてのヒントを得る．

Research Products

• [Int'l Joint Research] ミネソタ大学/カリフォルニア大学バークレー校(米国)
• [Int'l Joint Research] Simon-Fraser大学(カナダ)
• [Int'l Joint Research] ロンドン大学(英国)
• [Int'l Joint Research] ミネソタ大学(米国)
• [Int'l Joint Research] ミネソタ大学/カリフォルニア大学バークレー校(米国)
• [Journal Article] Protein Needles Designed to Self‐Assemble through Needle Tip Engineering (2022)
  • Author(s): Kikuchi Kosuke、Fukuyama Tatsuya、Uchihashi Takayuki、Furuta Tadaomi、Maeda Yusuke T.、Ueno Takafumi
  • Journal Title: Small Volume: 18 Issue: 10 Pages: 2106401-2106401
  • DOI: 10.1002/smll.202106401
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] はたらく分子マシン：ナノ世界のエネルギー変換へ (2022)
  • Author(s): 金原 数, 飯野亮太, 竹内正之, 前多裕介
  • Journal Title: 現代化学 Volume: 612 Pages: 46-50
• [Journal Article] Phase Separation and Protein Partitioning in Compartmentalized Cell-Free Expression Reactions (2021)
  • Author(s): Kato Shuzo、Garenne David、Noireaux Vincent、Maeda Yusuke T.
  • Journal Title: Biomacromolecules Volume: 22 Issue: 8 Pages: 3451-3459
  • DOI: 10.1021/acs.biomac.1c00546
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Edge current and pairing order transition in chiral bacterial vortices (2021)
  • Author(s): Beppu Kazusa、Izri Ziane、Sato Tasuku、Yamanishi Yoko、Sumino Yutaka、Maeda Yusuke T.
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences Volume: 118 Issue: 39
  • DOI: 10.1073/pnas.2107461118
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Controlling Collective Motion of Kinesin-Driven Microtubules via Patterning of Topographic Landscapes (2021)
  • Author(s): Araki Shunya、Beppu Kazusa、Kabir Arif Md. Rashedul、Kakugo Akira、Maeda Yusuke T.
  • Journal Title: Nano Letters Volume: 21 Issue: 24 Pages: 10478-10485
  • DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c03952
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Cooperative stator assembly of bacterial flagellar motor mediated by rotation (2021)
  • Author(s): Ito Kenta I.、Nakamura Shuichi、Toyabe Shoichi
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 12 Issue: 1 Pages: 3218-3218
  • DOI: 10.1038/s41467-021-23516-y
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Optimal Rectification without Forward-Current Suppression by Biological Molecular Motor (2021)
  • Author(s): Nakayama Yohei、Toyabe Shoichi
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 126 Issue: 20 Pages: 208101-208101
  • DOI: 10.1103/physrevlett.126.208101
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 分子がはたらくということ (2021)
  • Author(s): 中山洋平，鳥谷部祥一
  • Journal Title: 現代化学 Volume: 605 Pages: 30-30
• [Journal Article] ソフトマターで分子を運ぶ, 選り分ける (2021)
  • Author(s): 前多裕介, 加藤修三, 福山達也
  • Journal Title: 現代化学 Volume: 607 Pages: 46-49
• [Journal Article] 遺伝情報高分子の非平衡現象と生命の起源 (2021)
  • Author(s): 前多裕介, 白井瑞穂
  • Journal Title: 高分子 Volume: 70 Pages: 563-564
• [Journal Article] 細胞核はどこにあるか - アクティブ・ゲルと配置対称性の制御原理 (2021)
  • Author(s): 坂本遼太, 前多裕介, 宮﨑牧人
  • Journal Title: 日本物理学会誌 Volume: 76 Pages: 595-600
  • NAID: 130008084781
• [Journal Article] 生体分子モーターの動作メカニズムとエネルギー論 (2021)
  • Author(s): 鳥谷部祥一
  • Journal Title: ペトロテック Volume: -
  • NAID: 40022585007
• [Journal Article] Tug-of-war between actomyosin-driven antagonistic forces determines the positioning symmetry in cell-sized confinement (2020)
  • Author(s): Sakamoto Ryota、Tanabe Masatoshi、Hiraiwa Tetsuya、Suzuki Kazuya、Ishiwata Shin’ichi、Maeda Yusuke T.、Miyazaki Makito
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 11 Issue: 1 Pages: 3063-3063
  • DOI: 10.1038/s41467-020-16677-9
  • NAID: 120006861127
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Experimental characterization of autonomous heat engine based on minimal dynamical-system model (2020)
  • Author(s): Toyabeme Shoichi、Izumida Yuki
  • Journal Title: Physical Review Research Volume: 2 Issue: 3 Pages: 033146-033146
  • DOI: 10.1103/physrevresearch.2.033146
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 構成的アプローチで探る「発動する人工細胞」の設計原理 (2020)
  • Author(s): 坂本遼太, 前多裕介
  • Journal Title: 化学と工業 Volume: 73 Pages: 463-465
• [Journal Article] 鋳型複製系における種の起源 (2020)
  • Author(s): 鳥谷部 祥一, BRAUN Dieter
  • Journal Title: 生物物理 Volume: 60 Pages: 295-295
  • NAID: 130007919213
  • Open Access
• [Journal Article] Randomness and optimality in enhanced DNA ligation with crowding effects (2020)
  • Author(s): Takaharu Y. Shiraki, Ken-ichiro Kamei, Yusuke T. Maeda
  • Journal Title: Physical Review Research Volume: 2 Issue: 1 Pages: 013360-013360
  • DOI: 10.1103/physrevresearch.2.013360
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Optothermal diffusiophoresis of soft biological matters: From physical principle to molecular manipulation (2020)
  • Author(s): Tatsuya Fukuyama, Yusuke T. Maeda
  • Journal Title: Biophysical Reviews Volume: -
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ordered Structure and Geometric Control of Active Matter in Dense Bacterial Suspensions (2020)
  • Author(s): 前多裕介, 別府航早
  • Journal Title: Seibutsu Butsuri Volume: 60 Issue: 1 Pages: 013-018
  • DOI: 10.2142/biophys.60.013
  • NAID: 130007790194
  • ISSN: 0582-4052, 1347-4219
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Tight chemomechanical coupling of the F1 motor relies on structural stability (2020)
  • Author(s): M. Tanaka, T. Kawakami, T. Okaniwa, Y. Nakayama, S. Toyabe, H. Ueno, E. Muneyuki
  • Journal Title: Biophysical Journal Volume: -
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Efficiencies of molecular motors: a comprehensible overview (2020)
  • Author(s): Chun-Biu Li, Shoichi Toyabe
  • Journal Title: Biophysical Reviews Volume: - Issue: 2 Pages: 419-423
  • DOI: 10.1007/s12551-020-00672-x
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Session 2SDA―Nonequilibrium energetics of biological molecular machines (2020)
  • Author(s): Toyabe Shoichi, Li Chun-Biu, Kinbara Kazushi
  • Journal Title: Biophysical Reviews Volume: 12 Issue: 2 Pages: 273-274
  • DOI: 10.1007/s12551-020-00634-3
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Mechanically distinct microtubule arrays determine the length and force response of the meiotic spindle (2019)
  • Author(s): Jun Takagi, Ryota Sakamoto, Gen Shiratsuchi, Yusuke T. Maeda, Yuta Shimamoto
  • Journal Title: Developmental Cell Volume: 49 Issue: 2 Pages: 267-278
  • DOI: 10.1016/j.devcel.2019.03.014
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Gene Expression in on-Chip Membrane-Bound Artificial Cells (2019)
  • Author(s): Ziane Izri, David Garenne, Vincent Noireaux, Yusuke T. Maeda
  • Journal Title: ACS Synthetic Biology Volume: 8 Issue: 8 Pages: 1705-1712
  • DOI: 10.1021/acssynbio.9b00247
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Evaluation of the Duty Ratio of the Bacterial Flagellar Motor by Dynamic Load Control (2019)
  • Author(s): Kento Sato, Shuichi Nakamura, Seishi Kudo, Shoichi Toyabe
  • Journal Title: Biophysical Journal Volume: 116 Issue: 10 Pages: 1952-1959
  • DOI: 10.1016/j.bpj.2019.04.004
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cooperative Ligation Breaks Sequence Symmetry and Stabilizes Early Molecular Replication (2019)
  • Author(s): Shoichi Toyabe and Dieter Braun
  • Journal Title: Phys. Rev. X Volume: 9 Issue: 1 Pages: 011056-011056
  • DOI: 10.1103/physrevx.9.011056
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Geometric Effect for Biological Reactors and Biological Fluids (2018)
  • Author(s): Kazusa Beppu, Ziane Izri, Yusuke T. Maeda and Ryota Sakamoto
  • Journal Title: Bioengineering Volume: 5 Issue: 4 Pages: 110-110
  • DOI: 10.3390/bioengineering5040110
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 生体分子モーター －進化が生んだ超高性能ナノマシンー (2018)
  • Author(s): 鳥谷部祥一
  • Journal Title: 精密工学会誌 Volume: 84 Pages: 905-905
  • NAID: 130007505026
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Experiments on single-molecular energetics of biological molecular motor (2022)
  • Author(s): Shoichi Toyabe
  • Organizer: American Physical Society March Meeting
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 無細胞発現系における液滴形成と成長のダイナミクス (2022)
  • Author(s): 加藤修三, David Garenne, Vincent Noireaux, 前多裕介
  • Organizer: 日本物理学会 第77回年次大会
• [Presentation] 上皮細胞の集団運動とペアリング秩序転移 (2022)
  • Author(s): 繁田和幸, 別府航早, 田中あや, 前多裕介
  • Organizer: 日本物理学会 第77回年次大会
• [Presentation] F1-ATPaseの反応速度のATP分解/合成とで非対称な基質濃度依存性 (2022)
  • Author(s): 中山洋平，鳥谷部祥一
  • Organizer: 日本物理学会 第77回年次大会
• [Presentation] 筋芽細胞集団が示す位相欠陥とエッジ流れの幾何的制御 (2022)
  • Author(s): 家永竜, 別府航早, 前多裕介
  • Organizer: 日本物理学会 第77回年次大会
• [Presentation] Understanding the instability of intracellular organization in synthetic cell (2021)
  • Author(s): 前多裕介
  • Organizer: 第59回 日本生物物理学会年会
  • Invited
• [Presentation] アクティブな界面摩擦と流体抵抗の幾何学的バランスが決めるアクトミオシン液滴の自発運動 (2021)
  • Author(s): 坂本 遼太, Ziane Izri, 島本勇太, 宮﨑 牧人, 前多 裕介
  • Organizer: 第59回 日本生物物理学会年会
• [Presentation] 細胞区画内のセルフリー遺伝子発現における液液相分離現象とぬれ効果 (2021)
  • Author(s): 加藤 修三, David Garenne, Vincent Noireaux, 前多 裕介
  • Organizer: 第59回 日本生物物理学会年会
• [Presentation] 人工回転分子モーターの設計とその自律的運動のシミュレーション (2021)
  • Author(s): 伊藤 健太, 佐藤 佑介, 鳥谷部 祥一
  • Organizer: 第59回 日本生物物理学会年会
• [Presentation] アクティブマター：生命システムの理解と制御の新展開 (2021)
  • Author(s): 前多裕介
  • Organizer: 東京大学化学生命工学専攻 談話会
  • Invited
• [Presentation] アクティブゲルの対称性と動きの非平衡力学 (2021)
  • Author(s): 前多裕介
  • Organizer: 日本物理学会2021年度秋季大会
  • Invited
• [Presentation] タンパク質針の相互作用と凝集による2次元集団秩序形成 (2021)
  • Author(s): 福山達也, 菊池幸祐, 上野隆史, 前多裕介
  • Organizer: 日本物理学会2021年度秋季大会
• [Presentation] アクティブ細胞骨格系における集団運動と幾何的制御 (2021)
  • Author(s): 荒木駿也, 別府航早, Arif Md. Rashedul Kabir, 角五彰, 前多裕介
  • Organizer: 日本物理学会2021年度秋季大会
• [Presentation] バクテリア乱流ダイナミクスとフラストレートされた秩序渦の制御原理 (2021)
  • Author(s): 別府航早, Ziane Izri, 住野豊, 前多裕介
  • Organizer: 日本物理学会2021年度秋季大会
• [Presentation] 細胞区画内のセルフリー遺伝子発現における液液相分離現象と濡れ効果 (2021)
  • Author(s): 加藤修三, David Garenne, Vincent Noireaux, 前多裕介
  • Organizer: 日本物理学会2021年度秋季大会
• [Presentation] 3次元ハイドロゲルが誘起する上皮細胞の集団運動 (2021)
  • Author(s): 繁田和幸, 福山達也, 高橋陸, 田中あや, 前多裕介
  • Organizer: 日本物理学会2021年度秋季大会
• [Presentation] Symmetry-breaking induced adhesion-independent motility of actomyosin droplets under confinement (2021)
  • Author(s): R. Sakamoto, Z Izri, M Miyazaki, Y.T. Maeda
  • Organizer: アクティブマター研究会2021
• [Presentation] Chiral edge current and pairing order transition in the bacterial vortices (2021)
  • Author(s): K. Beppu, Z. Izri, Y. Sumino, Y.T. Maeda
  • Organizer: アクティブマター研究会2021
• [Presentation] 遊泳バクテリア集団が示すキラルなエッジカレントと秩序渦の制御原理 (2021)
  • Author(s): 別府航早, Ziane Izri, 住野豊, 前多裕介
  • Organizer: 日本物理学会 第76回年次大会
• [Presentation] 対称性の破れと界面摩擦が駆動するアクトミオシン液滴の自発運動 (2021)
  • Author(s): 坂本遼太, 宮﨑牧人, 前多裕介
  • Organizer: 日本物理学会 第76回年次大会
• [Presentation] 回転する弾性バブルの振動現象 (2021)
  • Author(s): 萩原宙, 前多裕介
  • Organizer: 日本物理学会 第76回年次大会
• [Presentation] 非平衡界面が誘起するセルフリー遺伝子発現における液液相分離現象 (2021)
  • Author(s): 加藤修三, 前多裕介
  • Organizer: 日本物理学会 第76回年次大会
• [Presentation] 温度勾配下における核酸高分子とペプチドの相分離液滴 (2021)
  • Author(s): 白井瑞穂, 前多裕介
  • Organizer: 日本物理学会 第76回年次大会
• [Presentation] タンパク質ニードルの末端間相互作用と2次元表面上における集団秩序形成 (2021)
  • Author(s): 福山達也, 菊池幸祐, 上野隆史, 前多裕介
  • Organizer: 日本物理学会 第76回年次大会
• [Presentation] DNA相補的結合のキネティックなエラー制御 (2021)
  • Author(s): 青柳拓志, 小野慎司, 鳥谷部祥一
  • Organizer: 日本物理学会 第76回年次大会
• [Presentation] 原田-佐々等式が切り拓く分子モーターのエネルギー論 (2021)
  • Author(s): 鳥谷部祥一
  • Organizer: Across nonlinear and nonequilibrium physics: 原田崇広氏が切り拓いたもの
  • Invited
• [Presentation] 高分子共存系の非平衡現象と生命システムへの展開 (2020)
  • Author(s): 前多裕介
  • Organizer: 日本物理学会 2020年秋季大会
  • Invited
• [Presentation] 紡錘体の動的形状制御とアクティブゲルモデル (2020)
  • Author(s): 福山達也, 厳路燦, 島本勇太, 前多裕介
  • Organizer: 日本物理学会 2020年秋季大会
• [Presentation] 遊泳バクテリア集団のエッジカレントとキラルな秩序渦 (2020)
  • Author(s): 別府航早, Ziane Izri, 住野豊, 前多裕介
  • Organizer: 日本物理学会 2020年秋季大会
• [Presentation] 分子レベルから探る細胞分裂の力学 (2020)
  • Author(s): 坂本遼太, Guillaume Charras
  • Organizer: 日本物理学会 2020年秋季大会
• [Presentation] 自由エネルギーの浪費を抑えるF1-ATPaseの速度論的制御機構 (2020)
  • Author(s): 中山洋平，鳥谷部祥一
  • Organizer: 日本物理学会 2020年秋季大会
• [Presentation] アクトミオシン液滴のダイナミクスと空間対称性の制御 (2020)
  • Author(s): 加藤修三, 坂本遼太, 宮﨑牧人, 前多裕介
  • Organizer: 日本物理学会 2020年秋季大会
• [Presentation] Gene expression and artificial cells: Revisiting the role of active interface (2020)
  • Author(s): Yusuke T. Maeda
  • Organizer: 日本生物物理学会第58回年会
  • Invited
• [Presentation] A tug-of-war between contractile actomyosin structures determines the positioning symmetry in cell-sized droplets (2020)
  • Author(s): Ryota Sakamoto, Tetsuya Hiraiwa, Makoto Tanabe, Kazuya Suzuki, Shin-ichi Ishiwata, Yusuke T. Maeda, Makito Miyazaki
  • Organizer: 日本生物物理学会第58回年会
• [Presentation] Cooperative stator assembly of bacterial flagellar motor for autonomous torque regulation (2020)
  • Author(s): Kenta Ito, Shuichi Nakamura, Shoichi Toyabe
  • Organizer: 日本生物物理学会第58回年会
• [Presentation] Kinetic ratchet mechanism of F1-ATPase selectively suppresses hydrolysis of ATP (2020)
  • Author(s): Yohei Nakayama, Shoichi Toyabe
  • Organizer: 日本生物物理学会第58回年会
• [Presentation] Enhanced bacterial taxis by collective movement (2020)
  • Author(s): Tatsuro Kai, Takahiro Kai, Shuichi Nakamura, Seishi Kudo, Shoichi Toyabe
  • Organizer: 日本生物物理学会第58回年会
• [Presentation] キネティックな非平衡制御が生み出すエラー抑制 ー 生体分子機械とPCR ー (2020)
  • Author(s): 鳥谷部祥一
  • Organizer: 非平衡オンライン若手の会
  • Invited
• [Presentation] 発動分子のエネルギー戦略:１分子実験でエナジェティクスを測る (2020)
  • Author(s): 鳥谷部祥一
  • Organizer: CSJ化学フェスタ
  • Invited
• [Presentation] 高分子共存系の非平衡現象と生命システムへの展開 (2020)
  • Author(s): 前多裕介
  • Organizer: 新潟大学理学部化学科談話会
  • Invited
• [Presentation] Understanding symmetry breaking induced by cell-sized compartments: a minimal cell approach (2020)
  • Author(s): Yusuke T. Maeda
  • Organizer: From Soft Matter to Protocell 2020
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] F1モーターのエネルギー戦略― 高効率と低損失 ― (2020)
  • Author(s): 中山洋平，鳥谷部祥一
  • Organizer: 第１０回分子モーター討論会
  • Invited
• [Presentation] 生体分子モーターの高効率なエネルギー変換機構 (2020)
  • Author(s): 鳥谷部祥一
  • Organizer: 法政大グリーンソサエティセミナー
  • Invited
• [Presentation] Chirality of bacterial vortices and enhanced pairing order as collective effects (2020)
  • Author(s): Kazusa Beppu, Ziane IZRI, Yusuke T. Maeda
  • Organizer: Workshop on physics of soft, active and living matter
• [Presentation] Continuum mechanical model of ERK wave-driven collective cell migration in wound healing (2020)
  • Author(s): Tatsuya Fukuyama, Hiroyuki Ebata, Kazuhiro Aoki, Yusuke T. Maeda
  • Organizer: Workshop on physics of soft, active and living matter
• [Presentation] Kinetics of length-selective and optimal DNA growth with crowding effects (2020)
  • Author(s): Takaharu Shiraki, Ken-ichiro Kamei, Yusuke T. Maeda
  • Organizer: Workshop on physics of soft, active and living matter
• [Presentation] Chiral vortex formation in active matter as collective effect (2020)
  • Author(s): Kazusa Beppu, Ziane IZRI, Yusuke T. Maeda
  • Organizer: The 1st International Symposium on Molecular Engine
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Chirality of bacterial vortices and enhanced pairing order as collective effects (2020)
  • Author(s): Kazusa Beppu, Ziane IZRI, Yusuke T. Maeda
  • Organizer: The 1st International Symposium on Molecular Engine
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Continuum mechanical model of ERK wave-driven collective cell migration in wound healing (2020)
  • Author(s): Tatsuya Fukuyama, Hiroyuki Ebata, Kazuhiro Aoki, Yusuke T. Maeda
  • Organizer: The 1st International Symposium on Molecular Engine
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Kinetics of length-selective and optimal DNA growth with crowding effects (2020)
  • Author(s): Takaharu Shiraki, Ken-ichiro Kamei, Yusuke T. Maeda
  • Organizer: The 1st International Symposium on Molecular Engine
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Chirality of bacterial vortices and enhanced pairing order as collective effects (2020)
  • Author(s): Kazusa Beppu, Ziane IZRI, Yusuke T. Maeda
  • Organizer: 新学術領域「発動分子科学」第３回領域会議
• [Presentation] 分子混雑による選択的DNA成長と最適化反応の速度論 (2020)
  • Author(s): 白木天晴, 亀井謙一郎, 前多裕介
  • Organizer: 日本物理学会第75回年会
• [Presentation] 紡錘体の自己組織化の力学モデルに向けた分裂期紡錘体の定量的解析 (2020)
  • Author(s): 厳路燦, 福山達也, 島本勇太, 前多裕介
  • Organizer: 日本物理学会第75回年会
• [Presentation] 弾性バブルのねじれと振動現象 (2020)
  • Author(s): 萩原宙, 前多裕介
  • Organizer: 日本物理学会第75回年会
• [Presentation] 波に駆動される非平衡流れと細胞集団運動の力学への展開 (2020)
  • Author(s): 福山達也, 江端宏之, 木戸秋悟, 近藤洋平, 青木一洋, 前多裕介
  • Organizer: 日本物理学会第75回年会
• [Presentation] 遊泳バクテリアのキラリティーを介したキラルな渦形成とアクティブ乱流 (2020)
  • Author(s): 別府航早, Ziane Izri, 住野豊, 前多裕介
  • Organizer: 日本物理学会第75回年会
• [Presentation] Stator-assembly dynamics of the bacterial flagellar motor (2020)
  • Author(s): K. Ito，S. Nakamura, S. Toyabe
  • Organizer: The 1st International Symposium on Molecular Engine
• [Presentation] Stator-assembly dynamics of the bacterial flagellar motor (2020)
  • Author(s): K. Ito，S. Nakamura, S. Toyabe
  • Organizer: 新学術領域「発動分子科学」第３回領域会議
• [Presentation] Effect of hinge mutations on F1 -ATPase energetics (2020)
  • Author(s): N. Sato, Y. Nakayama, T. Yoshidome, E. Muneyuki, S. Toyabe
  • Organizer: 新学術領域「発動分子科学」第３回領域会議
• [Presentation] Kinetic ratchet mechanism of F1-ATPase reduces free-energy loss without affecting ATP-synthesis activity (2020)
  • Author(s): Y. Nakayama, S. Toyabe
  • Organizer: The 1st International Symposium on Molecular Engine
• [Presentation] Kinetic ratchet mechanism of F1-ATPase reduces free-energy loss without affecting ATP-synthesis activity (2020)
  • Author(s): Y. Nakayama, S. Toyabe
  • Organizer: 新学術領域「発動分子科学」第３回領域会議
• [Presentation] F1-ATPaseにおけるATP合成/分解の非対称性 (2020)
  • Author(s): 中山洋平, 鳥谷部祥一
  • Organizer: 日本物理学会第75回年会
• [Presentation] 物理で理解する発動分子：１分子実験データから情報を絞り出す - (2020)
  • Author(s): 鳥谷部祥一
  • Organizer: 日本化学会第100春季年会
  • Invited
• [Presentation] On-chip membrane-bound transcription and translation as minimal cells (2019)
  • Author(s): Ziane Izri, Vincent Noireaux, Yusuke T. Maeda
  • Organizer: 新学術領域「発動分子科学」第２回領域会議
• [Presentation] Adhesion-independent migration of actomyosin droplet (2019)
  • Author(s): Ryota Sakamoto, Makito Miyazaki, Yusuke T. Maeda
  • Organizer: 新学術領域「発動分子科学」第２回領域会議
• [Presentation] 交わる物理学と生命科学：分子, 細胞, 細胞集団の非平衡ダイナミクス (2019)
  • Author(s): 前多 裕介
  • Organizer: 第１回理研科学者会議セミナー
  • Invited
• [Presentation] 非接触型の自律運動とアクティブゲルの力学 (2019)
  • Author(s): 前多 裕介
  • Organizer: 第９回分子モーター討論会
  • Invited
• [Presentation] セルフリー遺伝子発現の転写抑制と幾何的制御 (2019)
  • Author(s): 賀屋紘典, 高松凌, 前多 裕介
  • Organizer: 2019年日本物理学会秋季大会
• [Presentation] 細胞間シグナルと集団運動を結ぶ連続体力学モデルと実験検証 (2019)
  • Author(s): 福山達也, 江端宏之, 木戸秋悟, 近藤洋平, 青木一洋, 前多裕介
  • Organizer: 2019年日本物理学会秋季大会
• [Presentation] 遊泳バクテリアのキラリティーと集団運動の制御 (2019)
  • Author(s): 別府航早, Ziane Izri, 前多裕介
  • Organizer: 2019年日本物理学会秋季大会
• [Presentation] 発動分子集合体のソフトマター物理学：輸送現象からアクティブゲルまで (2019)
  • Author(s): 前多裕介, 福山達也, 坂本遼太
  • Organizer: 第68回高分子討論会
  • Invited
• [Presentation] 非平衡ソフトマターの輸送現象と生命科学への展開 (2019)
  • Author(s): 前多裕介, 福山達也
  • Organizer: OCU先端光科学シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] Structure and dynamics in soft active matter: Towards smart material (2019)
  • Author(s): Yusuke T. Maeda
  • Organizer: 第3回日英先端科学シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] Geometric principle for controlling active matters: From bacterial suspension to active cytoskeletons (2019)
  • Author(s): Yusuke T. Maeda
  • Organizer: 第3回日英先端科学シンポジウム
• [Presentation] サイズが誘起する秩序形成：細胞内から多細胞まで (2019)
  • Author(s): 坂本遼太・宮﨑牧人・前多裕介
  • Organizer: 第４２回日本分子生物学会年会
  • Invited
• [Presentation] 集団運動による機能発現 － バクテリア走性を例に (2019)
  • Author(s): 鳥谷部祥一，甲斐達朗
  • Organizer: Collective motion and functional dynamics in molecular engines
  • Invited
• [Presentation] Measurement of fluctuation and response of bacterial collective motion (2019)
  • Author(s): T. Kai, T. Abe, S. Nakamura, S. Kudo, S. Toyabe
  • Organizer: 新学術領域「発動分子科学」第２回領域会議
• [Presentation] Towards the realization of artificial molecular motor using DNA molecules (2019)
  • Author(s): K. Arai，Y. Tsushima, S. Toyabe
  • Organizer: 新学術領域「発動分子科学」第２回領域会議
• [Presentation] Measurement of fluctuation and response of bacterial collective motion (2019)
  • Author(s): T. Kai, T. Abe, S. Nakamura, S. Kudo, S. Toyabe
  • Organizer: 第57回日本生物物理学会年会
• [Presentation] Towards the realization of artificial molecular motor using DNA molecules (2019)
  • Author(s): K. Arai，Y. Tsushima, S. Toyabe
  • Organizer: 第57回日本生物物理学会年会
• [Presentation] On the noise of gene expression in membrane-bound picolitre biochemical reactors (2019)
  • Author(s): Ziane IZRI, Ryota Sakamoto, Vincent Noireaux, Yusuke T. Maeda
  • Organizer: Americal Physical Society March Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Collective ordering of bacterial vortices controlled by geometry and frustration (2019)
  • Author(s): Kazusa Beppu, Ziane IZRI, Yusuke T. Maeda
  • Organizer: Americal Physical Society March Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Tug-of-war by active gel shapes positioning symmetry in cell-sized compartment (2019)
  • Author(s): Ryota Sakamoto, Masatoshi Tanabe, Tetsuya Hiraiwa, Kazuya Suzuki, Shin'ichi Ishiwata, Yusuke T. Maeda, Makito Miyazaki
  • Organizer: Americal Physical Society March Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Collective cell migration induced by the interplay of contractile force and adhesion with delay under ERK signal propagation (2019)
  • Author(s): Tatsuya Fukuyama, Hiroyuki Ebata, Yohei Kondo, Satoru Kidoaki, Kazuhiro Aoki, Yusuke T. Maeda
  • Organizer: Americal Physical Society March Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 変形するアクトミオシン液滴の非接着運動と力学モデル (2019)
  • Author(s): 坂本遼太, 宮﨑牧人, 前多裕介
  • Organizer: 日本物理学会 第７４回年次大会
• [Presentation] 分子共存による選択的DNA成長の統計力学 (2019)
  • Author(s): 白木天晴, 亀井謙一郎, 前多裕介
  • Organizer: 日本物理学会 第７４回年次大会
• [Presentation] 波を遡る細胞集団の力学モデルと光遺伝学 (2019)
  • Author(s): 福山達也, 江端宏之, 木戸秋悟, 青木一洋, 前多裕介
  • Organizer: 日本物理学会 第７４回年次大会
• [Presentation] 低密度バクテリアが示す渦運動のキラリティと流体相互作用 (2019)
  • Author(s): 別府航早, Ziane Izri, 前多裕介
  • Organizer: 日本物理学会 第７４回年次大会
• [Presentation] 微小管アクティブ液晶の位相欠陥と幾何学的制御 (2019)
  • Author(s): 前多裕介, 別府航早, Izri Ziane, 島本勇太, 宮﨑牧人
  • Organizer: 日本物理学会 第７４回年次大会
• [Presentation] Single-molecule experimental thermodynamics of molecular motor (2018)
  • Author(s): Shoichi Toyabe
  • Organizer: Stochastic Thermodynamics: Experiment and Theory 2018 (Dresden, Max-Planck Institute)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 熱で揺らぐ系の観察と制御 (2018)
  • Author(s): 鳥谷部 祥一
  • Organizer: 応用科学セミナー (仙台高専）
  • Invited
• [Presentation] Geometric principle for controlling active matters: From bacterial suspension to cytoskeletons (2018)
  • Author(s): Yusuke T. Maeda
  • Organizer: The 79th Okazaki Conference ” Synthetic, Biological, and Hybrid Molecular Engines”
  • Invited
• [Presentation] Geometric principle for controlling active matters: From bacterial suspension to active cytoskeletons (2018)
  • Author(s): Yusuke T. Maeda
  • Organizer: Hokkaido-Strasbourg Symposium: Biotic and Abiotic Molecular Machines and Motors
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] アクティブな人工細胞：自律的制御の力学と幾何学 (2018)
  • Author(s): 前多 裕介, 坂本 遼太, 宮﨑 牧人
  • Organizer: 細胞を創る研究会11.0
  • Invited
• [Presentation] On the geometry and mechanics in collective dynamics of active matters (2018)
  • Author(s): Kazusa Beppu, Tatsuya Fukuyama, Yusuke T. Maeda
  • Organizer: 第５６回日本生物物理学会年会
  • Invited
• [Presentation] Geometry driven collective ordering of bacterial vortices (2018)
  • Author(s): Kazusa Beppu, Ziane Izri, Yusuke T. Maeda
  • Organizer: 第５６回日本生物物理学会年会
• [Presentation] Molecular origin of selective DNA ligation and information growth: The rich-get-richer model (2018)
  • Author(s): Takaharu Shiraki, Ken-ichiro Kamei, Yusuke T. Maeda
  • Organizer: 第５６回日本生物物理学会年会
• [Presentation] 遺伝情報分子のライゲーションと選択的な成長：Rich-get-richerモデル (2018)
  • Author(s): 白木 天晴, 亀井 謙一郎, 前多 裕介
  • Organizer: 2018年度日本物理学会秋季大会
• [Presentation] 自発的な集団運動における力学とシグナル伝搬における関係 (2018)
  • Author(s): 福山 達也, 青木 一洋, 前多 裕介
  • Organizer: 2018年度日本物理学会秋季大会
• [Presentation] On the relation between mechanics and signaling in collective cell migration (2018)
  • Author(s): Tatsuya Fukuyama, Kazuhiro Aoki, Yusuke T. Maeda
  • Organizer: International conference on advances in physics of emergent orders in fluctuations
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Geometric principle of active polar vortices in dense and dilute bacterial suspension (2018)
  • Author(s): Kazusa Beppu, Ziane Izri, Yusuke T. Maeda
  • Organizer: International conference on advances in physics of emergent orders in fluctuations
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Actomyosin waves and percolation control nucleus-like cluster positioning in a cell-sized space (2018)
  • Author(s): Ryota Sakamoto, Masatoshi Tanabe, Tetsuya Hiraiwa, Kazuya Suzuki, Shin'ichi Ishiwata, Yusuke T. Maeda, Makito Miyazaki
  • Organizer: International conference on advances in physics of emergent orders in fluctuations
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 鋳型ライゲーションにおける自発的対称性の破れと 遺伝情報の起源 (2018)
  • Author(s): 鳥谷部祥一
  • Organizer: 日本進化学会 第20回大会
  • Invited
• [Book] 分子ロボティクス概論「回転分子モーター」 (2019)
  • Author(s): 鳥谷部祥一
  • Total Pages: 312
  • Publisher: CBI学会出版
  • ISBN: 4990907647
• [Remarks] 人工細胞でさぐる細胞の「対称性」の不思議
  • URL: https://www.sci.kyushu-u.ac.jp/koho/qrinews/qrinews_200930.html
• [Remarks] 細胞内構造の配置対称性が決まる仕組みを解明：人工細胞と物理学からメカニズムに迫る
  • URL: https://www.kyushu-u.ac.jp/ja/researches/view/456
• [Remarks] 遺伝情報・脂質膜・エネルギー供給を備えたオンチップバイオリアクターを開発
  • URL: https://www.kyushu-u.ac.jp/f/36546/19_07_18_1.pdf