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自己成長するプロトセルの形態変化観察と物理学的解析

公募研究

研究領域ゆらぎと構造の協奏:非平衡系における普遍法則の確立
研究課題/領域番号 16H00797
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
研究機関東京工業大学

研究代表者

車 兪徹  東京工業大学, 地球生命研究所, 特任准教授 (40508420)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017年度)
配分額 *注記
10,530千円 (直接経費: 8,100千円、間接経費: 2,430千円)
2017年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
2016年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
キーワードプロトセル / 生命の起源 / 人工細胞 / 自己複製 / ベシクル (vesicle) / 生物物理 / ソフトマター / ソフトマター物理
研究実績の概要

ベシクル系をベースとして細胞機能を再現するプロトセルを、非平衡ゆらぎが起こる場として考え、生命現象がどのような物理的機構を経て成り立っているのかを理解する。具体的には、ベシクルの内空間から新たに脂質を供給し自己成長・分裂を促すことで、ベシクルの形態変化を観察しその物理を解析する。平成29年度は以下のような研究実績を得ることができた。
再構築した脂肪酸合成系の最適化を行なった。具体的には酵素比を変えることにより、飽和脂肪酸メジャーな状態から不飽和脂肪酸をメジャーとする系に改良した。これにより、合成産物である脂肪酸による酵素タンパク質の凝集や不活化を防ぐことに成功した。改良した系により、C18:1、C16:0、C16:1をメジャー脂肪酸として合成することができた。また、嫌気条件下で強瀬を行なったところ、C18:1のみ約1.5倍の合成量の増加が観察できた。これらの最適化により、再構築系で200uMの脂肪酸を合成することができた。これは、直径20umのベシクル内部でどう反応を行なった場合、母ベシクルを構成する資質に対して約20%の脂質を合成できることを意味している。よりベシクル内部の環境に近ずけるため、また合成した脂肪酸の局在場所を提供する目的で、直径200nmのリポソームを反応液に加えて脂肪酸合成を行なった。その結果合成初速度が大幅に上昇する結果が得られた。これは、合成された脂肪酸がリポソーム膜に吸収(局在)され、酵素に付着する頻度が減少し、その結果脂肪酸による酵素阻害が低下したことで合成スピードが保たれたものと考えられる。
最適化した再構築系をベシクルに内包し内部で反応を行いながらベシクルを観察した。その結果、わずかではあるがベシクル表面から細いチューブ状の樹状のベシクルが観察された。この現象が内部の反応依存的なものかどうかを現在確かめている。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (23件)

すべて 2018 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 2件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 7件、 招待講演 10件) 図書 (2件) 備考 (2件) 学会・シンポジウム開催 (1件)

  • [国際共同研究] Roma Tre University(イタリア)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [国際共同研究] Newcastle University/University of Glasgow(英国)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [国際共同研究] Harvard University(米国)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [雑誌論文] Synthetic cells produce a quorum sensing chemical signal perceived by Pseudomonas aeruginosa2018

    • 著者名/発表者名
      Rampioni Giordano、D’Angelo Francesca、Messina Marco、Zennaro Alessandro、Kuruma Yutetsu、Tofani Daniela、Leoni Livia、Stano Pasquale
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: 54 号: 17 ページ: 2090-2093

    • DOI

      10.1039/c7cc09678j

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] De Novo Synthesis of Basal Bacterial Cell Division Proteins FtsZ, FtsA, and ZipA Inside Giant Vesicles2018

    • 著者名/発表者名
      Furusato Takumi、Horie Fumihiro、Matsubayashi Hideaki T.、Amikura Kazuaki、Kuruma Yutetsu、Ueda Takuya
    • 雑誌名

      ACS Synthetic Biology

      巻: 7 号: 4 ページ: 953-961

    • DOI

      10.1021/acssynbio.7b00350

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 無細胞タンパク質合成系の高度化と合成生物学への展開2017

    • 著者名/発表者名
      金森崇,杉本(永池)崇,車兪澈,網藏和晃,上田卓也
    • 雑誌名

      生化学

      巻: 89 号: 2 ページ: 211-220

    • DOI

      10.14952/SEIKAGAKU.2017.890211

    • NAID

      40021203278

    • ISSN
      0037-1017
    • 年月日
      2017-04-25
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] What can synthetic biology offer to artificial intelligence (and vice versa)?2016

    • 著者名/発表者名
      Luisa Damiano, Yutetsu Kuruma and Pasquale Stano
    • 雑誌名

      Biosystems

      巻: 148 ページ: 1-3

    • DOI

      10.1016/j.biosystems.2016.09.005

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] 膜タンパク質の無細胞合成法2016

    • 著者名/発表者名
      車 兪澈, 上田 卓也
    • 雑誌名

      生物物理

      巻: 56 号: 3 ページ: 162-164

    • DOI

      10.2142/biophys.56.162

    • NAID

      130005153070

    • ISSN
      0582-4052, 1347-4219
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Reconstruction of functional cell membrane based on cell-free system2017

    • 著者名/発表者名
      Yutetsu Kuruma
    • 学会等名
      Cell-free Synthetic Biology Workshop
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Construction of a Model Cell Membrane Applicable to the Protocell Study2017

    • 著者名/発表者名
      Yutetsu Kuruma
    • 学会等名
      International Symposium on Fluctuation and Structure out of Equilibrium 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Construction of an artificial cell for the study of early cells2017

    • 著者名/発表者名
      Yutetsu Kuruma
    • 学会等名
      International Conference The Origin of Life - Synergy among the RNA, Protein, and Lipid Worlds
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Next approach to formulation of artificial membrane2017

    • 著者名/発表者名
      Yutetsu Kuruma
    • 学会等名
      Origins of Life
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Next approach to formulation of artificial membrane2017

    • 著者名/発表者名
      Yutetsu Kuruma, Taku Oshima
    • 学会等名
      Origin of Life a workshop
    • 発表場所
      Newcastle, UK
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Construction of artificial cell based on cell-free syetem2016

    • 著者名/発表者名
      Yutetsu Kuruma
    • 学会等名
      EON International Workshop “Synthetic Approach for The Study of Origin of Life”
    • 発表場所
      Glasgow, UK
    • 年月日
      2016-11-29
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Construction of Artificial Cell for the Origin of Cells2016

    • 著者名/発表者名
      Yutetsu Kuruma
    • 学会等名
      , The Annual Meeting of Japanese Society for Cell Synthesis Research 9.0
    • 発表場所
      Tokyo, Japan
    • 年月日
      2016-11-21
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Construction of Minimal Cell Based on Cell-Free System2016

    • 著者名/発表者名
      Yutetsu Kuruma
    • 学会等名
      Okazaki Institute for Integrative Bioscience (OIIB) Summer School
    • 発表場所
      Okazaki, Japan
    • 年月日
      2016-08-18
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] “Construction of Artificial Cell Containing Lipid Synthesis Metabolism”2016

    • 著者名/発表者名
      Yutetsu Kuruma
    • 学会等名
      Workshop #3 in 18th Annual Meeting of the Society of Evolutionary Studies Japan
    • 発表場所
      Tokyo, Japan
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Construction of Lipid Synthesizing Protocell2016

    • 著者名/発表者名
      Yutetsu Kuruma
    • 学会等名
      Award Talk of SFS Research Award 2015
    • 発表場所
      九州大学
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [図書] “無細胞タンパク質合成系とベシクルによる人工細胞の構築” 「人工細胞の創製とその応用」2017

    • 著者名/発表者名
      車兪澈
    • 総ページ数
      215
    • 出版者
      CMC出版
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [図書] 「実験医学」“クローズアップ実験法:PUREシステムを用いた膜タンパク質の無細胞合成”2016

    • 著者名/発表者名
      車兪澈,上田卓也
    • 総ページ数
      139
    • 出版者
      羊土社
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [備考] Website of Yutetsu Kuruma

    • URL

      https://members.elsi.jp/%7Ekuruma/

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [備考] YUTETSU KURUMA WEBSITE

    • URL

      http://gncd.jp/yk_test/index.html

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会・シンポジウム開催] WORKSHOPS May 31, 2017 International Workshop "Reconstructing the Phenomenon of Life -To Retrace the Emergence of Life -"2017

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書

URL: 

公開日: 2016-04-26   更新日: 2022-02-28  

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