オンチップロボティクスを基盤とする光合成細胞の機能計測と解析

• 研究課題/領域番号: 24246045
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 知能機械学・機械システム
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 新井 史人 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90221051)
• 研究分担者: 川原 知洋 九州工業大学, 若手研究者フロンティア研究アカデミー, 准教授 (20575162) ; 魚住 信之 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40223515) ; 丸山 央峰 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60377843)
• 連携研究者: 丸山 央峰 名古屋大学, 大学院工学研究科, 准教授 (60377843) ; 魚住 信之 東北大学, 大学院工学研究科, 教授 (40223515)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 46,410千円 (直接経費: 35,700千円、間接経費: 10,710千円); 2014年度: 13,910千円 (直接経費: 10,700千円、間接経費: 3,210千円); 2013年度: 14,820千円 (直接経費: 11,400千円、間接経費: 3,420千円); 2012年度: 17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)
• キーワード: マイクロ・ナノデバイス / 超精密計測 / バイオ関連機器 / 光ピンセット / ナノバイオ / 先端機能デバイス / 細胞計測 / 生物・生体工学

研究成果の概要

大きさ約2umのラン藻を対象として，細胞の局所環境制御とマルチパラメータ計測を高速かつ連続に行うため，細胞の粘弾性計測および酸素消費活性計測を行った．細胞の粘弾性計測では，マイクロ流体チップ内にロボットを組込み，光ピンセットのシステム上で用いることで単一のラン藻の搬送・計測が可能なシステムを構築した．構築したシステムを用いて，ラン藻に高浸透圧ストレスを加えることで浸透圧刺激の影響の調査を行った．また，酸素消費活性計測では，蛍光色素を用いた酸素センサーをマイクロ流体チップのマイクロチャンバー底面に対してストライプ状に配置することで酸素濃度分布を計測し，限定空間での酸素計測の基本原理確認を行った．

研究成果

• [雑誌論文] Comparative analysis of kdp and ktr mutants reveals distinct roles of the potassium transporters in the model cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803 (2014)
  • 著者名/発表者名: Nanatani, K., Shijuku, T., Takano, Y., Zulkifli, L., Yamazaki, Y., Tominaga, A., Souma, S., Onai, K., Morishita, M., Ishiura, M., Hagemann, M., Suzuki, I., Maruyama, H., Arai, F., Uozumi, N.
  • 雑誌名: J. Bacteriology 巻: - 号: 4 ページ: 676-87
  • DOI: 10.1128/jb.02276-14
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Defining membrane spanning domains and crucial membrane-localized acidic amino acid residues for K+ transport of a Kup/HAK/KT-type Escherichia coli potassium transporter (2014)
  • 著者名/発表者名: Sato, Y., Nanatani, K., Hamamoto, S., Shimizu, M., Takahashi, M., Tabuchi-Kobayashi, M., Mizutani, A., Schroeder, J. I., Soma, S., and Uozumi, N
  • 雑誌名: J. Biochem 巻: 155 ページ: 315-323
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Characterization of the role of a mechanosensitive channel in osmotic down shock adaptation in Synechocystis sp. PCC 6803 (2013)
  • 著者名/発表者名: Nanatani K, Shijuku T, Akai M, Yukutake Y, Yasui M, Onai K, Morishita M, Ishiura M, Uozumi N
  • 雑誌名: Channels 巻: 7 号: 4 ページ: 238-242
  • DOI: 10.4161/chan.25350
  • 査読あり
• [雑誌論文] Aquaporin AqpZ is involved in cell volume regulation and sensitivity to osmotic stress in Synechocystis sp. strain PCC 6803. (2012)
  • 著者名/発表者名: Akai, M.
  • 雑誌名: J Bacteriol 巻: 194 号: 24 ページ: 6828-6836
  • DOI: 10.1128/jb.01665-12
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thylakoid potassium channel is required for efficient photosynthesis in cyanobacteria (2012)
  • 著者名/発表者名: Checchetto, V., Segalla, A., Allorent, G., Rocca, N. L., Leanza, L., Giacometti, G.M., Uozumi, N., Finazzi, G., Bergantinoa,E., and Szabo, I
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 巻: 109 号: 27 ページ: 11043-11048
  • DOI: 10.1073/pnas.1205960109
  • 査読あり
• [学会発表] ラン藻のオンチップ機械的特徴量計測 (2015)
  • 著者名/発表者名: 長谷川貴之，佐久間臣耶，七谷圭，魚住信之，新井史人
  • 学会等名: 日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会’15
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2015-05-17 – 2015-05-19
• [学会発表] On-chip Measurement of Mechanical Properties of a Single Cyanobacteria Using Direct-Outer-Drive Mechanism (2014)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Hasegawa, Shinya Sakuma, Fumihito Arai
  • 学会等名: 2014 IEEE Int. Symp. on Micro-Nano Mechatronicics and Human Sciense (MHS2014)
  • 発表場所: Nagoya
  • 年月日: 2014-11-09 – 2014-11-12
• [学会発表] 単一卵子酸素消費計測のためのオンチップ非接触蛍光センシング (2014)
  • 著者名/発表者名: 鬼頭雅伸，丸山央峰，新井史人
  • 学会等名: 日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会’14
  • 発表場所: 富山
  • 年月日: 2014-05-25 – 2014-05-29
• [学会発表] 蛍光酸素センサを用いたオンチップ単一卵子酸素消費量計測 (2013)
  • 著者名/発表者名: 鬼頭雅伸，丸山央峰，新井史人
  • 学会等名: 第28回化学とマイクロ・ナノシステム学会
  • 発表場所: 姫路
  • 年月日: 2013-12-05 – 2013-12-06
• [学会発表] オンチップ・インピーダンスアナライザ（気液界面による静電デバイスの空間的分離） (2013)
  • 著者名/発表者名: 垣尾翼，佐久間臣耶，杉田真邦，新井史人
  • 学会等名: ロボティクス・メカトロニクス講演会2013
  • 発表場所: つくば
  • 年月日: 2013-05-22 – 2013-05-25
• [学会発表] Synechocystis sp. PCC6803の細胞外多糖生産を調節する機構解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 富永 昴
  • 学会等名: 日本農芸化学会2013年度大会
  • 発表場所: 東北大学（仙台市）
• [学会発表] 細胞の超高速力計測のためのオンチップ静電容量型センサ (2012)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 啓太郎
  • 学会等名: 日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会’12
  • 発表場所: アクトシティ浜松（浜松市）
• [学会発表] 蛍光差分情報による光退色補償を用いた超長時間非接触蛍光計測 (2012)
  • 著者名/発表者名: 丸山 央峰
  • 学会等名: 日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会’12
  • 発表場所: アクトシティ浜松（浜松市）
• [学会発表] Membrane transport system conferring the salinity tolerance to bacteria and plant cells. (2012)
  • 著者名/発表者名: Uozumi, N.
  • 学会等名: 6th Japan-Finland Biotechnology Symposium 2012
  • 発表場所: 東北学院大学（仙台市）
• [学会発表] Functional characterization of K transporters in Synechocystis sp. PCC 6803. (2012)
  • 著者名/発表者名: Nanatani, K.
  • 学会等名: The IUBMB & FEBS 2012 Congress
  • 発表場所: Seville,スペイン
• [学会発表] OCIAN：オンチップインピーダンスアナライザ―細胞の高精度・高速連続特性評価のためのオンチップロボットの作製― (2012)
  • 著者名/発表者名: 垣尾 翼
  • 学会等名: 日本ロボット学会第30回記念学術講演会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター（札幌市）
• [学会発表] Synechocystis sp. PCC 6803 の浸透圧調節に関与するKdp系Kトランスポーターの機能解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 七谷 圭
  • 学会等名: 第64回日本生物工学会大会
  • 発表場所: 神戸国際会議場（神戸市）
• [学会発表] Ultra Long-Lifetime and High-Sensitive Fluorescent Measurement Using Difference Compensation Method for Single Cell Analysis (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Maruyama
  • 学会等名: 2012 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems
  • 発表場所: The Hotel Tivoli Marina Vilamoura (Algarve)
• [学会発表] IN-SITU MEASUREMENT OF PHOTOSYNTHESIS USING SINGLE SYNECOCYSTIS SP. PCC 6803 IN A MICROCHAMBER WITH GAS BARRIER WALL (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Maruyama
  • 学会等名: 16th International Conference on Miniaturized System for Chemistry and Life Sciences
  • 発表場所: Okinawa Convention Center (Ginowan)
• [学会発表] Measurement of Photosynthesis Activity Using Single Synecocystis SP. PCC 6803 on Microchambers Having Gas Barrier Wall and Fluorescence Oxygen Sensor (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Maruyama
  • 学会等名: 2012 International Symposium on Micro-NanoMechatronics and Human Science
  • 発表場所: Noyori Conference Hall (Nagoya)
• [備考] 名古屋大学大学院工学研究科マイクロ・ナノシステム工学専攻 新井研究室 Research Fields
  • URL: http://www.biorobotics.mech.nagoya-u.ac.jp/research/research.html
• [備考] 名古屋大学大学院工学研究科マイクロ・ナノシステム工学専攻 新井研究室 Research Fields
  • URL: http://www.biorobotics.mech.nagoya-u.ac.jp/research/