| Project/Area Number |
20K03878
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 13040:Biophysics, chemical physics and soft matter physics-related
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| Research Institution | Gunma University |
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Principal Investigator |
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中川 洋 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 物質科学研究センター, 研究主幹 (20379598)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
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| Keywords | 極限環境耐性 / クリプトビオシス / 糖 / ガラス転移 / 蛋白質 / 食品科学 / 放射光X線散乱 / 中性子散乱 / 食品保存 / トレハロース / 水和 / ガラス / 動力学転移 / 中性子散 / 極限環境 / 分子混雑 / 糖ガラス / タンパク質 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では，糖ガラス包埋タンパク質の構造とダイナミックスの物性特性を実験・理論の
両面から明らかにする。「糖のガラス化」と「環境耐性」の関係を直接観測・解析し，分子レベルで解明した例は今までにない。そのための研究手法として，中性子逆コントラストマッチング法を用いた中性子弾性・非弾性・準弾性散乱測定を中心として研究を推進し，糖の濃厚溶液状態，ラバー状態，ガラス状態の構造物性と，それらの各状態下のタンパク質の構造とダイナミックス（分子内の拡散的な運動状態，低エネルギー励起）をそれぞれ分別して観測，解析を行う。
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| Outline of Final Research Achievements |
Understanding the role of sugars as compatible solutes that protect biological components and cell membranes, instead of water, is crucial for the extreme environmental resistance of organisms, low-temperature preservation of cells and liposome formulations, and quality control and long-term preservation of food. In this study, we used synchrotron X-rays and neutron beams complementarily to directly observe and analyze, for the first time in the world, the properties (tertiary structure, internal structure, hydration state) of proteins embedded in concentrated sugar solutions, sugar glass, and rubber. As a result, it was found that in sugar solutions with a concentration of 5-65% w/w, the structure and hydration shell of the protein are mostly preserved. However, in non-flowing states (rubber and glass states) of sugars with a water content below 15% w/w, the hydration shell is replaced by sugars, and a more compact structure is stabilized.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
得られた成果は，乾燥や低温などの極端環境に対する動物の糖の含蓄による耐性機構の理解に留まらず，細胞やリポソーム製剤の新たな保存法の開発や，糖のガラス／ラバー状態を利用した食品の品質管理や長期保存法の創生へ繋がる。
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