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細胞内コンパートメントを利用した磁性ナノ粒子の精密バイオ合成プロセスの構築

研究課題

研究課題/領域番号 18H01794
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分27040:バイオ機能応用およびバイオプロセス工学関連
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) 2018-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2020年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2019年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2018年度: 7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円)
キーワード磁性ナノ粒子 / コンパートメント / バイオプロセス / 遺伝子組換え / 細菌 / バイオミネラリゼーション / 遺伝子発現制御 / 生体機能利用 / ナノ材料合成 / 反応プロセス制御
研究成果の概要

本研究では、磁性細菌が細胞内に形成する磁気微粒子合成のためのコンパートメントの機能を遺伝子工学的に改変することで、磁気微粒子合成のバイオプロセス制御を行った。磁性細菌のゲノムに磁気微粒子合成関連遺伝子群を含む長鎖DNAを導入する手法を確立することで多様な組換え株を作出し、遺伝子の組合せや発現量によって形態・サイズ・数の制御が可能なことを示した。また、異種細菌由来の金属イオントランスポーター遺伝子の導入によって、磁気微粒子組成の改変が可能なことを示した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では、磁性細菌の遺伝子を設計することで、磁気微粒子の形態・サイズ・組成と磁気特性の制御が可能であることを示した。遺伝子やゲノムに基づいてバイオプロセスを設計し、無機結晶合成を制御した世界初の例である。今後、酸化鉄磁気微粒子のみならず多様な無機結晶のバイオ合成法の開発に繋がる可能性があり、学術的・社会的に意義のある成果である。

報告書

(4件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて 2020 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 4件、 査読あり 4件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 6件、 招待講演 4件) 図書 (1件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Restoration and Modification of Magnetosome Biosynthesis by Internal Gene Acquisition in a Magnetotactic Bacterium2020

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Arakaki, Mayu Goto, Mina Maruyama, Takuto Yoda, Masayoshi Tanaka, Ayana Yamagishi, Yasuo Yoshikuni, Tadashi Matsunaga
    • 雑誌名

      Biotechnology Journal

      巻: 15 号: 12 ページ: 2000278-2000278

    • DOI

      10.1002/biot.202000278

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Radular Stylus of Cryptochiton Stelleri: A Multifunctional Lightweight and Flexible Fiber-Reinforced Composite2020

    • 著者名/発表者名
      Anna Pohl, Steven A. Herrera, David Restrepo, Ryo Negishi, Jae-Young Jung, Chris Salinas, Richard Wuhrer, Tomoko Yoshino, Joanna McKittrick, Atsushi Arakaki, Michiko Nemoto, Pablo Zavattieri, David Kisailus
    • 雑誌名

      J Mech Behav Biomed Mater

      巻: 111 ページ: 103991-103991

    • DOI

      10.1016/j.jmbbm.2020.103991

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Crystallization by particle attachment is a colloidal assembly process2020

    • 著者名/発表者名
      Mirabello, G, Ianiro, A, Bomans, PHH, Yoda, T, Arakaki, A, Friedrich, H,de With, G, Sommerdijk, NAJM
    • 雑誌名

      NATURE MATERIALS

      巻: 19 号: 4 ページ: 391-396

    • DOI

      10.1038/s41563-019-0511-4

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Enhanced Tubulation of Liposome Containing Cardiolipin by MamY Protein from Magnetotactic Bacteria2018

    • 著者名/発表者名
      Masayoshi Tanaka, Thanawat Suwatthanarak, Atsushi Arakaki, Benjamin R. G. Johnson, Stephen D. Evans, Mina Okochi, Sarah S. Staniland, Tadashi Matsunaga
    • 雑誌名

      Biotechnology Journal

      巻: 13 号: 12

    • DOI

      10.1002/biot.201800087

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] キチン積層構造形成機構の解明に向けた甲虫上翅のプロテオーム解析2020

    • 著者名/発表者名
      村田智志
    • 学会等名
      第10回CSJ化学フェスタ2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 結晶形態制御タンパク質Mms6の金属酸化物ナノ粒子への吸着比較2020

    • 著者名/発表者名
      新井康祐
    • 学会等名
      第10回CSJ化学フェスタ2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Regulation of Magnetite Biomineralization in Bacteria by Gene Rearrangement2019

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Arakaki, Mayu Goto, Mina Maruyama, Takuto Yoda, Tadashi Matsunaga
    • 学会等名
      International Marine Biotechnology Conference 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Comparative Adsorption Study of MMS Proteins from Magnetotactic Bacteria to Metal Oxide Nanoparticles2019

    • 著者名/発表者名
      Kosuke Arai, Satoshi Murata, Tadashi Matsunaga, Atsushi Arakaki
    • 学会等名
      International Marine Biotechnology Conference 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 磁性細菌における磁気微粒子の合成機構とバイオ計測への応用2019

    • 著者名/発表者名
      新垣篤史
    • 学会等名
      日本磁気科学会 2019年有機・バイオ分科会研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 磁性細菌のマグネトソーム遺伝子領域の改変による磁気微粒子合成能の制御2019

    • 著者名/発表者名
      新垣篤史、丸山実菜、依田卓東、松永是
    • 学会等名
      第71回日本生物工学会大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 遺伝子組換えによる磁性細菌の磁気微粒子合成能の改変2019

    • 著者名/発表者名
      新垣篤史、丸山実菜、依田卓東、松永是
    • 学会等名
      第14回バイオミネラリゼーションワークショップ
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Reconstruction of magnetosome formation ability in non-magnetic mutant of Magnetospirillum magneticum AMB-12018

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Arakaki, Tadashi Matsunaga
    • 学会等名
      The 6th International Meeting on Magnetotactic Bacteria
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Iron uptake and magnetosome formation abilities in MAI deletion mutant and genetically modified strain carrying multiple sets of MAI genes2018

    • 著者名/発表者名
      Takuto Yoda, Masayoshi Tanaka, Tadashi Matsunaga, Atsushi Arakaki
    • 学会等名
      The 6th International Meeting on Magnetotactic Bacteria
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Adsorption Study of Mms6 and Mms7 to Iron Oxide Magnetic Nanoparticles2018

    • 著者名/発表者名
      Kosuke Arai, Wataru Yoshimura, Satoshi Murata, Tadashi Matsunaga, Atsushi Arakaki
    • 学会等名
      The 6th International Meeting on Magnetotactic Bacteria
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Gene-based design and synthesis of biological magnetic nanoparticles2018

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Arakaki
    • 学会等名
      Materials Science and Engineering congress
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 弾丸状磁気微粒子合成機構の解析に向けた長鎖DNAの合成2018

    • 著者名/発表者名
      篠原奈々美、松永是、新垣篤史
    • 学会等名
      第8回CSJ化学フェスタ2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [図書] Chapter 2: Molecular mechanism of magnetic crystal formation in magnetotactic bacteria: In Biological magnetic materials and applications2018

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Arakaki, Masayoshi Tanaka, Tadashi Matsunaga
    • 総ページ数
      29
    • 出版者
      Springer
    • ISBN
      9789811080685
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] 生命分子工学・海洋生命工学研究室

    • URL

      http://web.tuat.ac.jp/~biomol/index.html

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] 東京農工大学 生命分子工学・海洋生物工学研究室

    • URL

      http://web.tuat.ac.jp/~biomol/index.html

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2022-01-27  

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