人工機能化タンパク質を用いた融合マテリアルの構造制御

• 研究領域: 融合マテリアル：分子制御による材料創成と機能開拓
• 研究課題/領域番号: 22107009
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 東京農工大学
• 研究代表者: 新垣 篤史 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10367154)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 57,720千円 (直接経費: 44,400千円、間接経費: 13,320千円); 2014年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2013年度: 12,220千円 (直接経費: 9,400千円、間接経費: 2,820千円); 2012年度: 12,740千円 (直接経費: 9,800千円、間接経費: 2,940千円); 2011年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2010年度: 22,750千円 (直接経費: 17,500千円、間接経費: 5,250千円)
• キーワード: ハイブリッド材料 / 機能性高分子 / 融合マテリアル / 生体材料 / バイオテクノロジー

研究成果の概要

バイオミネラルの持つ優れた物性は、組成、大きさ、形態、結晶構造等によって支配されており、この形成過程においてはタンパク質が重要な役割を果たしている。本研究では、生体に見られるような精緻な構造を持つ融合マテリアルの構造制御に向けて、磁性細菌の合成する酸化鉄磁気微粒子の形成に関わるタンパク質の機能の理解とその制御分子としての利用を検証した。機能解析の結果、これらのタンパク質は異なる方向に結晶成長を促進することで磁気微粒子の形態制御に関わることを示した。また、タンパク質の発現量を調節することで、細胞内で磁気微粒子の形態を制御可能であることを明らかとした。

研究成果

• [雑誌論文] Biomineralization-Inspired Synthesis of Functional Organic/Inorganic Hybrid Materials: Organic Molecular Control of Self-Organization of Hybrids (2015)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Arakaki, Katsuhiko Shimizu, Mayumi Oda, Takeshi Sakamoto, Tatsuya Nishimura, and Takashi Kato
  • 雑誌名: Org. Biomol. Chem. 巻: 13 号: 4 ページ: 974-989
  • DOI: 10.1039/c4ob01796j
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Bioinspired Magnetite Crystallization Directed by Random Copolypeptides (2015)
  • 著者名/発表者名: Jos J. M. Lenders, Harshal R. Zope, Ayana Yamagishi, Paul H. H. Bomans, Atsushi Arakaki, Alexander Kros, Gijsbertus de With and Nico A. J. M. Sommerdijk
  • 雑誌名: Adv. Funct. Mater. 巻: 25 ページ: 711-719
  • 査読あり
• [雑誌論文] Coordinated Functions of Mms Proteins Define the Surface Structure of Cubo-octahedral Magnetite Crystals in Magnetotactic Bacteria (2014)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Arakaki, Ayana Yamagishi, Ayumi Fukuyo, Masayoshi Tanaka, and Tadashi Matsunaga
  • 雑誌名: Mol. Microbiol. 巻: 93 号: 3 ページ: 554-567
  • DOI: 10.1111/mmi.12683
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 磁性細菌における磁気微粒子の形態制御機構の解析と応用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 新垣篤史
  • 雑誌名: Colloid and Interface Communication 巻: 39 ページ: 1-3
  • NAID: 40020187425
• [雑誌論文] Glycosylceramides from marine green microalga Tetraselmis sp. (2013)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Arakaki
  • 雑誌名: Phytochemistry 巻: 85 ページ: 107-114
  • DOI: 10.1016/j.phytochem.2012.09.006
  • 査読あり
• [雑誌論文] Biologically synthesized or bioinspired process-derived iron oxides as catalysts for living cationic polymerization of a vinyl ether (2012)
  • 著者名/発表者名: Kanazawa A
  • 雑誌名: CHEMICAL COMMUNICATIONS 巻: 48 ページ: 10904-10906
  • 査読あり
• [雑誌論文] Efficient DNA release from PAMAM dendrimer-modified superpar amagnetic nanopar tides for DNA recovery (2012)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Arakaki, ほか10名
  • 雑誌名: Polymer Journal 巻: (In press) 号: 6 ページ: 672-677
  • DOI: 10.1038/pj.2012.32
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterization of magnetic nanoparticles modified with thiol core, functionalized PAMAM dendron for DNA recovery (2012)
  • 著者名/発表者名: Tsuyoshi Tanaka, Atsushi Arakaki, ほか10名
  • 雑誌名: J.Colloid Interface Sci. 巻: (In press) 号: 1 ページ: 469-475
  • DOI: 10.1016/j.jcis.2012.03.039
  • 査読あり
• [雑誌論文] 有機分子の制御による異方的結晶成長と無機／有機ハイブリッド構造の形成 (2012)
  • 著者名/発表者名: 坂本健
  • 雑誌名: セラミックス 巻: 47 ページ: 285-290
• [雑誌論文] 微生物が合成する磁性ナノ粒子：その合成機構の解析とバイオ応用 (2012)
  • 著者名/発表者名: 新垣篤史
  • 雑誌名: 日本磁気学会誌 まぐね 巻: 7 ページ: 154-161
  • NAID: 10030958863
  • 査読あり
• [雑誌論文] 有機分子の制御による異方的結晶成長と無機/有機ハイブリッド構造の形成 (2012)
  • 著者名/発表者名: 坂本健、新垣篤史、清水克彦、西村達也、加藤隆史
  • 雑誌名: CERAMICS JAPAN 巻: 47 ページ: 285-290
  • NAID: 10031155536
• [雑誌論文] Magnetic bacterial protein Mms6 controls morphology, crystallinity and magnetism of cobalt-doped magnetite nanoparticles in vitro (2011)
  • 著者名/発表者名: Johanna M Galloway, Atsushi Arakaki, ほか4名
  • 雑誌名: J.Mater.Chem. 巻: 21 号: 39 ページ: 15244-15254
  • DOI: 10.1039/c1jm12003d
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mms6 protein regulates crystal morphology during nano-sized magnetite biomineralization in vivo (2011)
  • 著者名/発表者名: M.Tanaka, E.Mazuyama, A.Arakaki, T.Matsunaga
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 286 ページ: 6386-6392
  • 査読あり
• [雑誌論文] 磁石を作る細菌のゲノム (2010)
  • 著者名/発表者名: 松永是、新垣篤史
  • 雑誌名: 生物の科学 巻: 64 ページ: 85-91
  • NAID: 40017430465
• [雑誌論文] ナノ磁石を合成する細胞内小器官 (2010)
  • 著者名/発表者名: 新垣篤史
  • 雑誌名: 化学 巻: 65 ページ: 68-69
• [学会発表] Control of Magnetite Morphology by Regulating Expression of Mms Protein in Magnetotactic Bacteria (2014)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Arakaki, Ayana Yamagishi, Tadashi Matsunaga
  • 学会等名: The 2nd International Symposium on Fusion Materials
  • 発表場所: The University of Tokyo, Tokyo
  • 年月日: 2014-11-02 – 2014-11-04
• [学会発表] Functional Analysis of Crystal Morphology Regulator Protein Mms from Magnetotactic Bacteria by Partial Deletion of Amino Acid Sequence (2014)
  • 著者名/発表者名: Ayana Yamagishi, Kaori Narumiya, Tadashi Matsunaga, Atsushi Arakaki
  • 学会等名: The 2nd International Symposium on Fusion Materials
  • 発表場所: The University of Tokyo, Tokyo
  • 年月日: 2014-11-02 – 2014-11-04
• [学会発表] 磁性細菌における磁気微粒子形態制御タンパク質の部分配列欠損による機能解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 成宮香織, 山岸彩奈, 松永是, 新垣篤史
  • 学会等名: 第4回CSJ化学フェスタ2014
  • 発表場所: タワーホール船堀、東京
  • 年月日: 2014-10-14 – 2014-10-16
• [学会発表] 磁性細菌が作る酸化鉄ナノクリスタルの形成機構 (2014)
  • 著者名/発表者名: 新垣篤史
  • 学会等名: 日本セラミックス協会 第27回秋季シンポジウム
  • 発表場所: 鹿児島大学、鹿児島
  • 年月日: 2014-09-09 – 2014-09-11
  • 招待講演
• [学会発表] 磁性細菌における酸化鉄磁気微粒子の形態制御機構 (2013)
  • 著者名/発表者名: 新垣篤史
  • 学会等名: 日本農芸化学会 2013年度大会
  • 発表場所: 東北大学、仙台
  • 年月日: 2013-03-27
  • 招待講演
• [学会発表] Morphology control mechanism of iron oxide crystals in magnetotactic bacteria (2013)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Arakaki
  • 学会等名: The 3rd International Symposium on Life Science in Toyama
  • 発表場所: 富山大学、富山
  • 年月日: 2013-03-14
  • 招待講演
• [学会発表] Understanding of Biomineralization Mechanism in Magnetotactic Bacteria toward Designed Synthesis of Iron Oxide Nano-Particle (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Arakaki
  • 学会等名: The 11th International Conference on Ferrites (ICF11)
  • 発表場所: Okinawa Convention Center
  • 招待講演
• [学会発表] 酸化鉄バイオミネラリゼーションに関わるMms6タンパク質の部分配列欠損による機能領域の同定 (2013)
  • 著者名/発表者名: 新垣篤史
  • 学会等名: 第15回マリンバイオテクノロジー学会大大会
  • 発表場所: 沖縄県市町村自治会館
• [学会発表] アミノ酸配列への変異導入による酸化鉄バイオミネラリゼーションタンパク質の機能領域の同定 (2013)
  • 著者名/発表者名: 新垣篤史
  • 学会等名: 第62回高分子討論会
  • 発表場所: 金沢大学
• [学会発表] 磁性細菌の遺伝子組換えによる磁気微粒子の形態制御 (2012)
  • 著者名/発表者名: 新垣篤史
  • 学会等名: 新学術領域研究 若手合同シンポジウム 「配位プログラム」×「融合マテリアル」
  • 発表場所: 東京大学、東京
  • 年月日: 2012-12-20
• [学会発表] 磁性細菌の遺伝子組換えによる磁性粒子の形態制御 (2012)
  • 著者名/発表者名: 新垣篤史
  • 学会等名: 第6回バイオ関連化学シンポジウム
  • 発表場所: 北海道大学、札幌
  • 年月日: 2012-09-07
• [学会発表] Control of magnetite crystal shape in magnetotactic bacteria (2012)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Arakaki
  • 学会等名: Gordon Research Conferences 2012 (Biomineralization)
  • 発表場所: Colby-Sawyer College, New London, NH, USA
  • 年月日: 2012-08-12
• [学会発表] Coordinating Expression of Mms Proteins Regulates Surface Structure of Cubo-octahedral Magnetite Crystal in Magnetospirillum magneticum Strain AMB-1 (2012)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Arakaki
  • 学会等名: The 3rd International Magnetotactic Bacteria Meeting (MTB2012)
  • 発表場所: UC Berkeley, Berkeley, CA, USA
  • 年月日: 2012-06-13
• [学会発表] Morphological Control of Magnetite Nanoparticles in Magnetotactic Bacteria (2012)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Arakaki
  • 学会等名: 2012 MRS Spring Meeting
  • 発表場所: Moscone West Convention Center, San Francisco, CA, USA
  • 年月日: 2012-04-11
• [学会発表] 結晶形態制御タンパク質の多重遺伝子欠損磁性細菌株が合成する酸化鉄磁気微粒子の形態解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 福世亜由美
  • 学会等名: 日本化学会第92春季年会
  • 発表場所: 慶應義塾大学、神奈川
  • 年月日: 2012-03-28
• [学会発表] 海洋微細藻類由来の新規glycosylceramidesの単離と構造同定 (2012)
  • 著者名/発表者名: 梁越
  • 学会等名: 日本化学会第92春季年会
  • 発表場所: 慶應義塾大学、神奈川
  • 年月日: 2012-03-27
• [学会発表] 人工機能化タンパク質を用いた融合マテリアルの構造制御 (2012)
  • 著者名/発表者名: 新垣篤史
  • 学会等名: 新学術領域研究「融合マテリアル」第4回公開シンポジウム
  • 発表場所: 大阪大学中之島センター、大阪
  • 年月日: 2012-01-30
• [学会発表] in vivoにおける磁性細菌粒子の形態制御 (2011)
  • 著者名/発表者名: 山岸彩奈
  • 学会等名: 第6回バイオミネラリゼーションワークショップ
  • 発表場所: 東京大学、東京
  • 年月日: 2011-12-03
• [学会発表] Morphology control of magnetite crystals in magnetotactic bacteria (2011)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Arakaki
  • 学会等名: The 1st International Symposium on Fusion Materials
  • 発表場所: Toba Hotel International, Mie, Japan(招待講演)
  • 年月日: 2011-10-17
• [学会発表] Conformational change upon iron-binding of morphology controlling proteins from bacterial magnetic particles (2011)
  • 著者名/発表者名: Mayumi Oda
  • 学会等名: The 1st International Symposium on Fusion Materials
  • 発表場所: Toba Hotel International, Mie, Japan
  • 年月日: 2011-10-17
• [学会発表] タンパク質のバイオミネラリゼーション機能を利用した磁性酸化鉄微粒子の合成 (2011)
  • 著者名/発表者名: 新垣篤史
  • 学会等名: 第60回高分子討論会
  • 発表場所: 岡山大学、岡山
  • 年月日: 2011-09-30
• [学会発表] 磁性細菌粒子の形態制御タンパク質の鉄イオンとの相互作用に伴う構造変化 (2011)
  • 著者名/発表者名: 小田真弓
  • 学会等名: 第63回日本生物工学会大会
  • 発表場所: 東京農工大学、東京
  • 年月日: 2011-09-27
• [学会発表] mms7遺伝子の発現調節による磁性細菌粒子の形態制御 (2011)
  • 著者名/発表者名: 山岸彩奈
  • 学会等名: 第63回日本生物工学会大会
  • 発表場所: 東京農工大学、東京
  • 年月日: 2011-09-27
• [学会発表] Development of influenza virus gene detection technique based on localized heating of magnetic nanoparticles (2011)
  • 著者名/発表者名: Mami Takahashi
  • 学会等名: The 62nd Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry
  • 発表場所: 朱鷺メッセ、新潟
  • 年月日: 2011-09-12
• [学会発表] 人工機能化タンパク質を用いた融合マテリアルの構造制御 (2011)
  • 著者名/発表者名: 新垣篤史
  • 学会等名: 新学術領域研究「融合マテリアル」第2回公開シンポジウム
  • 発表場所: 福岡ガーデンパレス、福岡
  • 年月日: 2011-06-17
• [学会発表] High density microcavity array for target cell analysis from heterogeneous cell populations (2010)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Arakaki
  • 学会等名: Pacifichem 2010
  • 発表場所: Honolulu, Hawaii, USA
  • 年月日: 2010-12-19
• [学会発表] Magnetite synthesis by mimic peptides from the Mms6 protein of magnetotactic bacteria (2010)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Arakaki
  • 学会等名: Pacifichem 2010
  • 発表場所: Honolulu, Hawaii, USA
  • 年月日: 2010-12-18
• [学会発表] Protein-mediated morphological control of magnetite crystal in magnetotactic bacteha (2010)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Arakaki
  • 学会等名: Pacifichem 2010
  • 発表場所: Honolulu, Hawaii, USA(招待講演)
  • 年月日: 2010-12-15
• [学会発表] 磁性細菌の酸化鉄結晶形成に関与するmms5遺伝子の機能解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 福世亜由美
  • 学会等名: 第5回バイオミネラリゼーションワークショップ
  • 発表場所: 東京大学弥生講堂、東京
  • 年月日: 2010-11-06
• [学会発表] 磁性細菌から分離されたMms6タンパク質の鉄イオンの相互作用に伴う構造変化 (2010)
  • 著者名/発表者名: 小田真弓
  • 学会等名: 第5回バイオミネラリゼーションワークショップ
  • 発表場所: 東京大学弥生講堂、東京
  • 年月日: 2010-11-06
• [学会発表] 磁性細菌のマグネタイト結晶形成に関与するmms5遺伝子の解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 福世亜由美
  • 学会等名: 第62回日本生物工学会大会
  • 発表場所: 宮崎シーガイア、宮崎
  • 年月日: 2010-10-28
• [学会発表] 磁性細菌の遺伝子欠損株を用いた磁気微粒子形態制御機構の解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 新垣篤史
  • 学会等名: 第4回バイオ関連化学シンポジウム
  • 発表場所: 大阪大学、大阪
  • 年月日: 2010-09-25
• [学会発表] Iron-binding protein Mms6 regulates crystal surface structure of magnetite in Magnetospirillum magneticum AMB-1 (2010)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Arakaki
  • 学会等名: Symposium on Magnetotactic Bacteria and Biomineralization
  • 発表場所: Beijing, China
  • 年月日: 2010-09-04
• [学会発表] Control over the morphology of magnetite crystal by the Mms6 protein in magnetotactic bacteria (2010)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Arakaki
  • 学会等名: Gordon Research Conferences (Biomineralization)
  • 発表場所: New London, NH, USA
• [学会発表] 細菌が合成するナノ磁石の形態制御機構
  • 著者名/発表者名: 新垣篤史
  • 学会等名: EIIRIS特別講演会
  • 発表場所: 豊橋技術科学大学
  • 招待講演
• [学会発表] Morphology Change of Magnetite from Bullet-Shape to Cubo-Octahedron in Magnetotactic Bacteria
  • 著者名/発表者名: A. Arakaki
  • 学会等名: Fusion Materials Meeting
  • 発表場所: The University of Tokyo
• [図書] 地球を救うメタルバイオテクノロジー -微生物と金属資源のはなし-「第3章 3.3.3 磁性細菌の機能を利用した磁性材料の合成技術」を分担執筆 (2014)
  • 著者名/発表者名: 新垣篤史、山岸彩奈、松永 是（編著/山下光雄、清 和成）
  • 総ページ数: 242
  • 出版者: 成山堂書店
• [図書] 生物模倣技術と新材料･新製品開発への応用「第５章 第１節 磁性細菌の磁気微粒子形態制御機構の解析と磁性材料合成への応用」を分担執筆 (2014)
  • 著者名/発表者名: 新垣篤史、山岸彩奈、松永 是（監修/文部科学省 科学研究費新学術領域「生物規範工学」、高分子学会 バイオミメティクス研究会、エアロアクアバイオメカニズム学会）
  • 総ページ数: 702
  • 出版者: 監修/文部科学省 科学研究費新学術領域「生物規範工学」, 高分子学会 バイオミメティクス研究会, エアロアクアバイオメカニズム学会
• [図書] Molecular Bioengineering of Magnetosomes for Biotechnological Applications, In Coordination Chemistry in Protein Cages (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Arakaki, M. Nemoto, T. Matsunaga
  • 出版者: Wiley
• [図書] Chapter 10 'Molecular Bioengineering of Magnetosomes for Biotechnological Applications', Coordination Chemistry in Protein Cages: Principles, Design, and Applications (2013)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Arakaki
  • 総ページ数: 25
  • 出版者: Wiley
• [図書] Molecular Bioengineering of Magnetosomes for Biotechnological Applications in "Coordination Chemistry in Protein Cages-Understanding, Design, and Applications- (ED: Profs Takafumi Ueno and Yoshihito Watanabe)" (2012)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Arakaki, Michiko Nemoto, Tadashi Matsunaga
  • 総ページ数: 20
  • 出版者: John Wiley & Sons, Inc.
• [備考] 生命分子工学・海洋生命工学研究室
  • URL: http://www.tuat.ac.jp/~biomol/
• [備考] 生命分子工学・海洋生命工学研究室
  • URL: http://www.tuat.ac.jp/~biomol/