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アロステリック電気化学アプタザイムに基づく高感度遺伝子センサ

公募研究

研究領域ソフトインターフェースの分子科学
研究課題/領域番号 23106724
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
研究機関独立行政法人産業技術総合研究所

研究代表者

青木 寛  独立行政法人産業技術総合研究所, 環境管理技術研究部門, 主任研究員 (00392580)

研究期間 (年度) 2011-04-01 – 2013-03-31
研究課題ステータス 完了 (2012年度)
配分額 *注記
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2012年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2011年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
キーワード遺伝子 / 核酸 / バイオセンサ / DNAチップ / 電気化学 / 遺伝子プローブ / ペプチド核酸 / 環境診断技術
研究実績の概要

我々は、遺伝子認識イベントを検知するスイッチ機能を備えた高機能ソフトマテリアルとして、新規シグナルオン型の遺伝子検出プローブを考案し、分析対象の標識化が不要な電気化学遺伝子センサの開発を行ってきた。本課題では、センサの高感度化のため、活性中心となる金属錯化合物とこれに対するアプタマーとで人工的に酵素を構成する(アプタザイム)ことを試みた。
鉄ポルフィリンの一種であるヘミンを認識するアプタマー部位を電気化学活性部位として、かつイミダゾール基を阻害因子として、それぞれ両端に取り付けた新規遺伝子プローブを考案した。遺伝子プローブの合成に先立ち、ヘミンアプタマーとヘミンにより構成された部位の、電気化学活性なアプタザイムとしての可能性を検討した。
分光学的および電気化学的な検討により、ヘミン添加後の404 nm の吸光度上昇から、ヘミンはヘミンアプタマーのグアニン(G)四重鎖構造内部に取り込まれることが分かった。更に、ヘミン内包G四重鎖への電子供与材料と過酸化水素との添加後に418 nmの吸光度が上昇したことから、本四重鎖はこれらの間での酸化還元反応を仲介するいわば酵素として働くことが分かった。一方、イミダゾール基を有する物質であるヒスタミンを添加した際、本四重鎖の酵素活性能が阻害された。本結果から、本四重鎖は電気化学的なアプタザイムとしての可能性を示すことができた。
また、1つのデバイス上に遺伝子センサをマルチ化して配置することで、網羅的診断が可能かどうかの検討も行った。複数の遺伝子配列を有する遺伝子センサアレイチップを作製し、プローブ/ターゲット間のハイブリッド形成前後におけるセンサ応答の変化を元に、複数の核酸塩基配列の相補・非相補を完全に判別可能であることが分かった。本結果は、診断対象として重要性が急速に高まっているmRNAやmiRNAに対して、本法が適用可能であることを示している。

現在までの達成度 (段落)

24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

24年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2012 実績報告書
  • 2011 実績報告書
  • 研究成果

    (28件)

すべて 2013 2012 2011

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件) 学会発表 (20件) (うち招待講演 6件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Label-free Potentiometry for Detecting DNA Hybridization using Peptide Nucleic Acid and DNA Probes2013

    • 著者名/発表者名
      Tatsuro Goda, Ankit Balram Singi, Yasuhiro Maeda, Akira Matsumoto, Masaki Torimura, Hiroshi Aoki, Yuji Miyahara
    • 雑誌名

      Sensors

      巻: 13 号: 2 ページ: 2267-2278

    • DOI

      10.3390/s130202267

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of Aqueous Environment on Monolayer of Tetrairon(III) Single Molecule Magnet2012

    • 著者名/発表者名
      S. Kanata, T. Nishino, H. Aoki
    • 雑誌名

      J. Electrochem. Soc.

      巻: 159 号: 10 ページ: H772-H776

    • DOI

      10.1149/2.010210jes

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 新規遺伝子検出法の開発と迅速環境診断技術への展開2012

    • 著者名/発表者名
      青木 寛
    • 雑誌名

      分析化学

      巻: 61-9 ページ: 763-776

    • NAID

      10030877255

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 望みのタンパク質を捕捉・輸送・放出するマイクロマシン2012

    • 著者名/発表者名
      青木 寛
    • 雑誌名

      ぶんせき

      巻: 7 ページ: 404-404

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 新規遺伝子検出法の開発と迅速環境診断技術への展開2012

    • 著者名/発表者名
      青木寛
    • 雑誌名

      分析化学

      巻: (掲載確定)

    • NAID

      10030877255

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 電気化学的遺伝子検出法の開発と迅速診断技術への展開2012

    • 著者名/発表者名
      青木寛
    • 雑誌名

      分析化学

      巻: (掲載確定)

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 望みのタンパク質を捕捉・輸送・放出するマイクロマシン2012

    • 著者名/発表者名
      青木寛
    • 雑誌名

      ぶんせき

      巻: (掲載確定)

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 疾病・環境診断に向けたマルチ核酸検出センサ2013

    • 著者名/発表者名
      青木 寛
    • 学会等名
      産総研センサ見本市
    • 発表場所
      つくば
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] アロステリック電気化学アプタザイムに基づく高感度遺伝子検出センサ2013

    • 著者名/発表者名
      青木 寛
    • 学会等名
      科研費・新学術領域 第9回公開シンポジウム
    • 発表場所
      東京
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Simultaneous Label-free Gene Detection on Integrated Gene Sensor Array Chips2012

    • 著者名/発表者名
      H. Aoki
    • 学会等名
      International Workshop on Soft Interface Sciences for Young Scientists 2012 (SISYS2012)
    • 発表場所
      つくば
    • 年月日
      2012-11-21
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] アロステリック電気化学アプタザイムに基づく高感度遺伝子検出センサ2012

    • 著者名/発表者名
      青木 寛
    • 学会等名
      科研費・新学術領域 第8回公開シンポジウム
    • 発表場所
      米沢
    • 年月日
      2012-07-26
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] アロステリック電気化学アプタザイムに基づく高感度遺伝子検出センサ2012

    • 著者名/発表者名
      青木寛
    • 学会等名
      科研費・新学術領域第8回領域会議
    • 発表場所
      東京都、東京大学
    • 年月日
      2012-01-27
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 簡便・迅速を目指したラベル化不要の高感度遺伝子センサ2012

    • 著者名/発表者名
      青木 寛
    • 学会等名
      第3回ソフトインターフェースの分子科学ワークショップ
    • 発表場所
      東京
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Integrated Gene Sensor Array Chips: Fabrication and Application to Simultaneous Label-Free Gene Detection2012

    • 著者名/発表者名
      H. Aoki
    • 学会等名
      63rd Annual Meeting of International Society of Electrochemistry
    • 発表場所
      プラハ(チェコ)
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Label-free and Reagent-free DNA Detection for Feasible and Rapid Diagnosis2012

    • 著者名/発表者名
      H. Aoki
    • 学会等名
      Summer Seminar for Bioelectroanalysis in Polish Academy of Sciences
    • 発表場所
      オルシュティン(ポーランド)
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 迅速診断を目指した遺伝子センシング技術の開発2012

    • 著者名/発表者名
      青木 寛
    • 学会等名
      平成24年度産総研環境・エネルギーシンポジウムシリーズ1
    • 発表場所
      東京
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 微量高集積アレイスポッタ~環境・バイオ分析のハイスループット化~2012

    • 著者名/発表者名
      青木 寛
    • 学会等名
      平成24年度産総研環境・エネルギーシンポジウムシリーズ1
    • 発表場所
      東京
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ラベル化不要の電気化学DNAセンサのアレイデバイス化と実試料検出への応用2012

    • 著者名/発表者名
      青木 寛
    • 学会等名
      日本分析化学会第61年会
    • 発表場所
      金沢
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 簡便・迅速な電気化学的核酸検出法~化学物質の生体影響評価に向けて~2012

    • 著者名/発表者名
      青木 寛
    • 学会等名
      埼玉工業大学応用化学ゼミ
    • 発表場所
      深谷
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 超分子化学に基づく電気化学的核酸センシング技術の開発2012

    • 著者名/発表者名
      青木 寛
    • 学会等名
      超分子化学特論
    • 発表場所
      北見
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 遺伝子センシング技術に基づく電気化学DNAチップの開発2011

    • 著者名/発表者名
      青木寛
    • 学会等名
      埼玉工業大学応用化学ゼミ
    • 発表場所
      埼玉県、埼玉工業大学(招待講演)
    • 年月日
      2011-11-02
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Label-free and "signal-on" DNA detection using ferrocene and cyclodextrin-terminated gene probes2011

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi AOKI, Masaki TORIMURA, Hiroaki TAO
    • 学会等名
      62nd Annual Meeting of International Society of Electrochemistry
    • 発表場所
      新潟県、国際会議場
    • 年月日
      2011-09-14
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 簡便・迅速な遺伝子検出法の開発とそのデバイス化2011

    • 著者名/発表者名
      青木寛、藤掛勉、北島明子、鳥村政基
    • 学会等名
      日本分析化学会第60回年会
    • 発表場所
      愛知県、名古屋大学
    • 年月日
      2011-09-14
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 遺伝子センシング技術に基づく電気化学DNAチップの開発2011

    • 著者名/発表者名
      青木寛
    • 学会等名
      2011年北見工業大学化学システム工学科夏季セミナー
    • 発表場所
      北海道、北見工業大学(招待講演)
    • 年月日
      2011-08-29
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Label-free, reagent-free, and "signal-on" DNA detection based on supramolecular electrochemistry2011

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi AOKI, Masaki TORIMURA, Hiroaki TAO
    • 学会等名
      13th International Symposium on Electroanalytical Chemistry
    • 発表場所
      中国吉林省長春市、中国科学技術院
    • 年月日
      2011-08-20
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] アロステリック電気化学アプタザイムに基づく高感度遺伝子検出センサ2011

    • 著者名/発表者名
      青木寛
    • 学会等名
      科研費・新学術領域第5回シンポジウム
    • 発表場所
      福岡県、九州大学
    • 年月日
      2011-07-28
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Label-free and reagent-free DNA detection based on supramolecular electrochemistry2011

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi AOKI, Masaki TORIMURA, Hiroaki TAO
    • 学会等名
      International Congress on Analytical Sciences 2011
    • 発表場所
      京都府、国際会議場
    • 年月日
      2011-05-26
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [図書] 電気化学的遺伝子検出法の開発と迅速環境診断技術への展開2012

    • 著者名/発表者名
      青木 寛
    • 総ページ数
      500
    • 出版者
      日本分析化学会
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書

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公開日: 2011-04-06   更新日: 2018-03-28  

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