タンパク質の動態と化学反応の同時計測可能な高速原子間力・蛍光顕微鏡の開発

• 研究課題/領域番号: 21681017
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: ナノ材料・ナノバイオサイエンス
• 研究機関: 金沢大学
• 研究代表者: 内橋 貴之 金沢大学, 数物科学系, 准教授 (30326300)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2011
• 研究課題ステータス: 完了 (2011年度)
• 配分額: 17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円); 2011年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2010年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2009年度: 8,840千円 (直接経費: 6,800千円、間接経費: 2,040千円)
• キーワード: 1分子イメージング / ナノ計測 / ナノプローブ / 蛍光顕微鏡

研究概要

タンパク質一分子の構造ダイナミクスとそれに共役した化学反応の同時観察に向けて、高速原子間力顕微鏡(高速AFM)と全反射蛍光顕微鏡の同時観察可能な複合装置の開発を行った。AFM本体の小型化と光学トラッキングにより光学顕微鏡に搭載可能なスタンドアロン型高速AFMの試作機を製作した。この装置でGroELを3frames/s(fps)のフレームレートで高速AFMイメージングできた。さらに、高速AFMと蛍光顕微鏡で直径40nmの蛍光性ビーズを同視野観察できることを確認した。また、高速AFMによる細胞およびバクテリア観察に向けた広範囲走査可能なスキャナーを試作した。テコ法による変位拡大機構とアクティブダンピング法による振動制御を行った結果、40μmの走査範囲を観察できるようになった。これを枯草菌の溶菌過程の観察に適用し、枯草菌の表面がリゾチームにより破壊されていく様子を観察することに成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Guide to video recording of structure dynamics and dynamic processes of proteins by high-speed atomic force microscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: T.Uchihashi, N.Kodera, T.Ando
  • 雑誌名: Nature Protocols 巻: (in press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Traffic jams reduce hydrolytic efficiency of cellulase on cellulose surface (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Igarashi, T. Uchihashi, A. Koivula, M. Wada, S. Kimura, T. Okamoto, M. Penttila, T. Ando, and M. Samejima
  • 雑誌名: Science 巻: 333 ページ: 1279-1282
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-speed atomic force microscopy reveals rotary catalysis of rotorless F1-ATPase (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Uchihashi, R. Iino, T. Ando, H. Noji
  • 雑誌名: Science 巻: 333 ページ: 755-758
  • NAID: 120006575873
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural changes in bacteriorhodopsin in response to alternate illumination observed by high-speed atomic force microscopy (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Shibata, T. Uchihashi, H. Yamashita, H. Kandori, and T. Ando
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. ed. 巻: 50 ページ: 4410-4413
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct Observation of Surfactant Aggregate Behavior on a Mica Surface using High-Speed Atomic Force Microscopy (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Inoue, T. Uchihashi, D. Yamamoto, and T. Ando
  • 雑誌名: Chem. Commun 巻: 47 ページ: 4974-4976
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-speed atomic force microscopy reveals rotary catalysis of rotorless F1-ATPase (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Uchihashi, R. Iino, T. Ando, and H. Noji
  • 雑誌名: Science 巻: 333 号: 6043 ページ: 755-758
  • DOI: 10.1126/science.1205510
  • NAID: 120006575873
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-speed atomic force microscopy and biomolecular processes (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Uchihashi, T.Ando
  • 雑誌名: Methods Mol.Biol. 巻: 736 ページ: 285-300
  • DOI: 10.1007/978-1-61779-105-5_18
  • ISBN: 9781617791048, 9781617791055
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural changes in bacteriorhodopsin in response to alternate illumination observed by high-speed atomic force microscopy (2011)
  • 著者名/発表者名: M.Shibata, T.Uchihashi, H.Yamashita, H.Kandori, T.Ando
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 123 ページ: 4502-4505
  • 査読あり
• [雑誌論文] Surfactant Aggregate Behavior on a Mica Surface using High-Speed Atomic Force Microscopy (2011)
  • 著者名/発表者名: S.Inoue, T.Uchihashi, D.Yamamoto, T.Ando
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 47 ページ: 4974-4976
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-speed atomic force microscopy techniques for observing dynamic biomolecular processes (2010)
  • 著者名/発表者名: D. Yamamoto, T. Uchihashi, N. Kodera, H. Yamashita, S. Nishikori, T. Ogura, M. Shibata, and T. Ando
  • 雑誌名: Methods Enzymol 巻: 475 ページ: 541-564
  • 査読あり
• [雑誌論文] Visualization and structural analysis of the bacterial magnetic organelle magnetosome using atomic force microscopy (2010)
  • 著者名/発表者名: D. Yamamoto, A. Taoka, T. Uchihashi, H. Sasaki, H. Watanabe, T. Ando, and Y. Fukumori
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 巻: 107 ページ: 9382-9387
  • NAID: 120002165225
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-speed atomic force microscopy shows dynamic molecular processes in photo-activated bacteriorhodopsin (2010)
  • 著者名/発表者名: M. Shibata, H. Yamashita, T. Uchihashi, H. Kandori, and T. Ando
  • 雑誌名: Nature Nanotechnology 巻: 5 ページ: 208-212
  • NAID: 120002086392
  • 査読あり
• [雑誌論文] Visualization and structural analysis of the bacterial magnetic organelle magnetosome using atomic force microscopy (2010)
  • 著者名/発表者名: D.Yamamoto, A.Taoka, T.Uchihashi, H.Sasaki, H.Watanabe, T.Ando, Y.Fukumori
  • 雑誌名: Proc.Natl.Acad.Sci.USA 巻: 107 ページ: 9382-9387
  • NAID: 120002165225
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-speed atomic force microscopy techniques for observing dynamic biomolecular processes (2010)
  • 著者名/発表者名: D.Yamamoto, T.Uchihashi, N.Kodera, H.Yamashita, S.Nishikori, T.Ogura, M.Shibata, T.Ando
  • 雑誌名: Methods in Enzymology (in press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-speed atomic force microscopy shows dynamic molecular processes in photo-activated bacteriorhodopsin (2010)
  • 著者名/発表者名: M.Shibata, H.Yamashita, T.Uchihashi, H.Kandori, T.Ando
  • 雑誌名: Nature Nanotechnology 5 ページ: 208-212
  • NAID: 120002086392
  • 査読あり
• [雑誌論文] Guide to video recording of structure dynamics and dynamic processes of proteins by high-speed atomic force microscopy
  • 著者名/発表者名: T. Uchihashi, N. Kodera, and T. Ando
  • 雑誌名: Nature Protocols 巻: (in press)
  • 査読あり
• [学会発表] 高速原子間力顕微鏡で探るタンパク質のダイナミクス (2012)
  • 著者名/発表者名: 内橋貴之,古寺哲幸,安藤敏夫
  • 学会等名: 日本表面科学会平成23年度関西支部セミナー
  • 発表場所: 京都大学,京都府
  • 年月日: 2012-03-07
• [学会発表] 高速原子間力顕微鏡で探るタンパク質のダイナミクス (2012)
  • 著者名/発表者名: 内橋貴之
  • 学会等名: 日本表面科学会平成23年度関西支部セミナー
  • 発表場所: 京都大学宇治キャンパス、京都府(招待講演)
  • 年月日: 2012-03-07
• [学会発表] DIRECT VISUALIZATION OF CELLOBIOHYDROLASE ON CRYSTALLINE CELLULOSE USING HIGH-SPEED ATOMIC FORCE (2012)
  • 著者名/発表者名: 内橋貴之
  • 学会等名: 56^<th> Annual Meeting of Biophysical Society
  • 発表場所: San Diego, California
  • 年月日: 2012-02-29
• [学会発表] Direct Visualization of Proteins in Action by High-Speed Atomic Force Microscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Uchihashi
  • 学会等名: The 10th Asia-Pacific Microscopy Conference
  • 発表場所: The University of Western Australia
  • 年月日: 2012-02-06
• [学会発表] Direct Visualization of Proteins in Action by High-Speed Atomic Force Microscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: 内橋貴之
  • 学会等名: The 10th Asia-Pacific Microscopy Conference (APMC10)
  • 発表場所: Perth Convention and Exhibition Centre, Perth, Australia(招待講演)
  • 年月日: 2012-02-06
• [学会発表] 高速原子間力顕微鏡で明らかにするタンパク質のダイナミクス (2011)
  • 著者名/発表者名: 内橋貴之,古寺哲之,安藤敏夫
  • 学会等名: 日本顕微鏡学会走査型プローブ顕微鏡(SPM)分科会平成23年度オープン研究会
  • 発表場所: 茨城県
  • 年月日: 2011-12-12
• [学会発表] 高速原子間力顕微鏡で明らかにするタンパク質のダイナミクス (2011)
  • 著者名/発表者名: 内橋貴之
  • 学会等名: 日本顕微鏡学会走査型プローブ顕微鏡(SPM)分科会平成23年度オープン研究会走査型プローブ顕微鏡における最先端技術～イノベーションのキーテクノロジー～
  • 発表場所: 独立行政法人物質・材料研究機構千現地区、茨城県(招待講演)
  • 年月日: 2011-12-12
• [学会発表] High-Speed Atomic Force Microscopy : a tool for elucidating structural dynamics of membrane proteins (2011)
  • 著者名/発表者名: 内橋貴之,柴田幹大,山下隼人,神取秀樹,安藤敏夫
  • 学会等名: 第49回日本生物物理学会年会シンポジウム
  • 発表場所: 兵庫県立大学,兵庫県
  • 年月日: 2011-09-17
• [学会発表] High-Speed Atomic Force Microscopy : a tool for elucidating structural dynamics of membrane proteins (2011)
  • 著者名/発表者名: 内橋貴之
  • 学会等名: 第49回日本生物物理学会年会シンポジウム,New experimental tools for structural changes of membrane proteins : Beyond X-ray structure
  • 発表場所: 兵庫県立大学、兵庫県(招待講演)
  • 年月日: 2011-09-17
• [学会発表] Real-time imaging of protein molecules in action by high-speed AFM (2011)
  • 著者名/発表者名: 内橋貴之,安藤敏夫
  • 学会等名: 第63回細胞生物学会大会
  • 発表場所: 北海道大学,北海道
  • 年月日: 2011-06-28
• [学会発表] 高速AFMを用いた膜超分子のダイナミクス観察 (2010)
  • 著者名/発表者名: 内橋貴之
  • 学会等名: 第36回生体エネルギー研究会
  • 発表場所: 大阪大学,大阪府
  • 年月日: 2010-11-18
• [学会発表] 高速AFMを用いた膜超分子のダイナミクス観察 (2010)
  • 著者名/発表者名: 内橋貴之
  • 学会等名: 第36回 生体エネルギー研究会
  • 発表場所: 大阪大学銀杏会館(大阪府)
  • 年月日: 2010-11-18
• [学会発表] AFMを用いたタンパク質研究の現状と展望について (2010)
  • 著者名/発表者名: 内橋貴之
  • 学会等名: 新世代研究所・バイオSPM研究会BNM(Bio-Nano Mechanics)研究会
  • 発表場所: 新世代研究所,東京都
  • 年月日: 2010-11-16
• [学会発表] AFMを用いたタンパク質研究の現状と展望について (2010)
  • 著者名/発表者名: 内橋貴之
  • 学会等名: 新世代研究所・バイオSPM研究会BNM(Bio-Nano Mechanics)研究会
  • 発表場所: 新世代研究所(東京都)
  • 年月日: 2010-11-16
• [学会発表] Conformational Dynamics of Biological Molecules Captured by High-Speed AFM (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Uchihashi
  • 学会等名: 24^th International Microprocesses and Nanotechnology Conference
  • 発表場所: Rihga Royal Hotel Kokura(福岡県)
  • 年月日: 2010-11-10
• [学会発表] Conformational Dynamics of Biological Molecules Captured by High-Speed AFM (2010)
  • 著者名/発表者名: 内橋貴之
  • 学会等名: MNC 2010, 24^<th> International Microprocesses and Nanotechnology Conference
  • 発表場所: リーガロイヤルホテル小倉(福岡県)
  • 年月日: 2010-11-10
• [学会発表] 原子間力顕微鏡を利用した生物物理研究 現状と将来展望 (2010)
  • 著者名/発表者名: 内橋貴之
  • 学会等名: 名古屋大学工学研究科テクノ・シンポジウム「生物物理の未来研究会」
  • 発表場所: 名古屋大学工学研究科(愛知県)
  • 年月日: 2010-09-10
• [学会発表] Watching protein dynamics in action with high-speed AFM (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Uchihashi
  • 学会等名: 167 Committee satellite workshop on SPM
  • 発表場所: 石川県立音楽堂(石川県)
  • 年月日: 2010-08-04
• [学会発表] 生体分子の機能動態を可視化する高速AFM技術 (2010)
  • 著者名/発表者名: 内橋貴之
  • 学会等名: 平成22年度計測自動制御学会関西支部講習会
  • 発表場所: 学校法人常翔学園大阪センター
  • 年月日: 2010-06-10
• [学会発表] 生体分子の機能動態を可視化する高速AFM技術 (2010)
  • 著者名/発表者名: 内橋貴之
  • 学会等名: 平成22年度計測自動制御学会関西支部講習会ナノ・マイクロスケールにおける最新トピックス-計測から設計開発まで-
  • 発表場所: 学校法人常翔学園 大阪センター(大阪府)
  • 年月日: 2010-06-10
• [学会発表] Direct visualization of dynamic processes on biomolecules with high-speed AFM (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Uchihashi
  • 学会等名: AFM BioMed Conference(3^rd International Meeting on AFM in Lifesciences and Medicine)
  • 発表場所: Hotel Isrta(Red Island, Croatia)
  • 年月日: 2010-05-13
• [学会発表] Direct visualization of dynamic processes on biomolecules withhigh-speed AFM (2010)
  • 著者名/発表者名: 内橋貴之
  • 学会等名: AFM BioMed Conference (3^<rd> International Meeting on AFM in Lifesciences and Medicine)
  • 発表場所: Red Island(クロアチア)
  • 年月日: 2010-05-13
• [学会発表] 高速AFMによるバイオ分子の液中動的観察 (2010)
  • 著者名/発表者名: 内橋貴之,安藤敏夫
  • 学会等名: 日本顕微鏡学会第34回関東支部講演会
  • 発表場所: 帝京大学医学部,東京都
  • 年月日: 2010-03-20
• [学会発表] 高速AFMによるバイオ分子の液中動的観察 (2010)
  • 著者名/発表者名: 内橋貴之
  • 学会等名: 日本顕微鏡学会 第34回関東支部講演会
  • 発表場所: 帝京大学医学部(東京都)
  • 年月日: 2010-03-20
• [学会発表] 高速原子間力顕微鏡による生体分子のダイナミクス観察-現状と将来展望- (2009)
  • 著者名/発表者名: 内橋貴之
  • 学会等名: ナノプローブテクノロジー第167委員会第56回研究会
  • 発表場所: (独)情報通信研究機構本部,東京都
  • 年月日: 2009-11-10
• [学会発表] 高速原子間力顕微鏡による生体分子のダイナミクス観察～現状と将来展望～ (2009)
  • 著者名/発表者名: 内橋貴之
  • 学会等名: ナノプローブテクノロジー第167委員会 第56回研究会
  • 発表場所: (独)情報通信研究機構本部(東京都)
  • 年月日: 2009-11-10
• [学会発表] 高速AFMイメージング技術で視る生体分子の機能動態 (2009)
  • 著者名/発表者名: 内橋貴之
  • 学会等名: 第20回化学とマイクロ・ナノシステム研究会・ISMM2009
  • 発表場所: 金沢エクセルホテル東急,石川県
  • 年月日: 2009-11-09
• [学会発表] 高速AFMイメージング技術で視る生体分子の機能動態 (2009)
  • 著者名/発表者名: 内橋貴之
  • 学会等名: 第20回化学とマイクロ・ナノシステム研究会・ISMM2009
  • 発表場所: 金沢エクセルホテル東急(石川県)
  • 年月日: 2009-11-09
• [学会発表] Direct Visualization of Protein Dynamics using High-Speed AFM (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Uchihashi
  • 学会等名: International Symposium on Innovative Nanoscience of Supermolecular Motor Proteins Working in Biomembrane
  • 発表場所: Kyoto University(京都府)
  • 年月日: 2009-09-08
• [学会発表] Direct Visualization of Protein Dynamics using High-Speed AFM (2009)
  • 著者名/発表者名: 内橋貴之
  • 学会等名: International Symposium on Innovative Nanoscience of Supermolecular Motor Proteins Working in Biomembranes
  • 発表場所: 京都大学芝蘭会館(京都府)
  • 年月日: 2009-09-08
• [学会発表] 高速AFMによる生体分子のナノダイナミクス計測 (2009)
  • 著者名/発表者名: 内橋貴之
  • 学会等名: 第9回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 本全日空ホテルニュースカイ,熊本県
  • 年月日: 2009-05-22
• [学会発表] 高速AFMによる生体分子のナノダイナミクス計測 (2009)
  • 著者名/発表者名: 内橋貴之
  • 学会等名: 第9回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 本全日空ホテルニュースカイ(熊本県)
  • 年月日: 2009-05-22
• [図書] Life at the Nanoscale : Atomic Force Microscopy of Live Cells (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Uchihashi, T. Ando
  • 出版者: Pan Stanford Publishing
• [図書] Atomic Force Microscopy in Biomedical Research : Methods and Protocols (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Uchihashi, T. Ando
  • 出版者: Humana Press
• [図書] Life at the Nanoscale : Atomic Force Microscopy of Live Cells : High speed atomic force microscopy for the dynamic imaging of protein crystals" (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Uchihashi, T.Ando
  • 出版者: Pan Stanford Publishing(in press)
• [図書] AFMを用いた酵素反応解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 内橋貴之,安藤敏夫
  • 総ページ数: 67
  • 出版者: NTS出版
• [図書] Life at the Nanoscale : Atomic Force Microscopy of Live Cells (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Uchihashi, T.Ando
  • 出版者: Pan Stanford Publishing(in press)
• [図書] Atomic Force Microscopy : its use in Biomedical Researches (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Uchihashi, T.Ando
  • 出版者: Humana Press(in press)
• [図書] 酵素活用ハンドブック (2010)
  • 著者名/発表者名: 内橋貴之、安藤敏夫
  • 出版者: NTS(印刷中)
• [備考]
  • URL: http://www.s.kanazawa-u.ac.jp/phys/biophys/index.htm
• [産業財産権] Scan type Probe Microscope and Cantilever Drive Device (2011)
  • 発明者名: T. Uchihashi, H. Yamashita. T. Ando
  • 権利者名: Kanazawa University
  • 取得年月日: 2011-11-29
  • 外国
• [産業財産権] Scan type Probe Microscope and Cantilever Drive Device (2011)
  • 発明者名: T. Ando, T. Uchihashi, N. Kodera, H. Yamashita
  • 権利者名: Kanazawa University
  • 出願年月日: 2011-06-07
  • 外国
• [産業財産権] Atomic Force Microscope (2011)
  • 発明者名: T. Ando, T. Uchihashi, N. Kodera, N. Takahashi
  • 権利者名: Kanazawa University
  • 出願年月日: 2011-06-05
  • 外国
• [産業財産権] 原子間力顕微鏡及びカンチレバー支持具 (2010)
  • 発明者名: 安藤敏夫,岡崎康孝,内橋貴之
  • 権利者名: 金沢大学
  • 出願年月日: 2010-06-01
  • 外国