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2019 年度 実績報告書

発動分子素子の階層化による自己秩序機能の創出

計画研究

研究領域発動分子科学:エネルギー変換が拓く自律的機能の設計
研究課題/領域番号 18H05423
研究機関北海道大学

研究代表者

角五 彰  北海道大学, 理学研究院, 准教授 (10374224)

研究分担者 景山 義之  北海道大学, 理学研究院, 助教 (90447326)
研究期間 (年度) 2018-06-29 – 2023-03-31
キーワード生体発動分子 / 人工発動分子 / 集団運動 / 時空間制御 / アゾベンゼン
研究実績の概要

本研究では、1)二次元界面を足場とした生体発動分子の運動発現系の確立、2)生体発動分子の集団運動発現系の確立、3)生体発動分子による物質輸送システムを確立することで標的物質を集団で輸送し機能的な組織体へと組み上げる集積場を提供する。さらに得られた知見をもとに4)人工発動分子の集団化による自律運動を実現することを目的としている。本年度は、生体発動分子(微小管・キネシン)をガラスやソフトエラストマーなどの二次元基板表面上に固定化する技術、さらにATPをエネルギー源とした微小管の機械的な運動発現により得られた画像データーを解析することでロバストな運動の評価を行ってきた。新たに熱耐性キネシンの開発に向け理論予測と遺伝子工学を融合した熱安定化変異体のスクリーニング実験を開始させ、熱安定性が得られると予測される候補の絞り込みを済ませるとともに熱耐性キネシンの変異体の作製にも着手した。さらに特異的な相互作用を有する半人工分子機械(DNA)などと生体発動分子を複合化したハイブリッド型生体発動分子の設計指針を立て予備実験を開始させた。ハイブリッド化が生体発動分子の動力性能に大きな影響を与えないことも確認済みである。人工発動分子による自律運動系の構築の試みでは、化学基質の変換をエネルギー源とする物体輸送系を実現した。具体的には、人工発動分子を埋設した二次元液晶界面上を、シリカゲルマイクロ微粒子が、時速15マイクロメートル程度の極めてゆっくりとした速度で遊走した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

予定していた生体発動分子(微小管・キネシン)の運動評価、さらに熱耐性キネシンの開発に向け理論予測ならびに変異体の作製、ハイブリッド型生体発動分子の設計および動作確認、人工発動分子による物質輸送系の確立など、計画通りに研究が進展しているため。

今後の研究の推進方策

本研究では、1)二次元界面を足場とした生体発動分子の運動発現系の確立、2)生体発動分子の集団運動発現系の確立、3)生体発動分子による物質輸送システムを確立することで標的物質を集団で輸送し機能的な組織体へと組み上げる集積場を提供する。さらに得られた知見をもとに4)人工分子による自律集団運動を実現することを目的としている。本年度は、班内連携を継続して行いながらハイブリッド分子の創出、分子ダイナミクスのリアルタイムにイメージングを行うとともに、挙動の動力学的な解釈を行うことを目指す。具体的には、DNAの分子認識やリガンド・レセプターなどの特異的な相互作用を有する人工分子機械などと複合化することで発動分子の機能化を目指す。人工分子機械との複合化は、分担者との協同で実施し、人工分子機械による集団機能の変調を実現する。また班内連携を行いながら二次元界面上での生体発動分子のダイナミクスを蛍光顕微鏡や高速AFMなどの観察装置を用いリアルタイムにイメージングするともに、その挙動の動力学的な解釈を行う。人工発動分子の集団化によるエネルギー変換系の学理構築に向けた取り組みでは、実現した物体輸送システムの運動能力の向上を目的に、用いる液晶分子や発動分子を変えて実験調査する。微粒子の遊走において、定量的比較検討が可能な速度にまでシステムの改善が行われ次第、物体輸送を実現する自己組織化の仕組みを探る研究を開始する。

  • 研究成果

    (56件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 1件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (48件) (うち国際学会 29件、 招待講演 16件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Light-driven flipping of azobenzene assemblies sparse crystal structures and responsive behavior to polarized light2020

    • 著者名/発表者名
      Yoshiyuki Kageyama, Tomonori Ikegami, Shinnosuke Satonaga, Kazuma Obara, Hiroyasu Sato, Sadamu Takeda
    • 雑誌名

      Chemistry - A European Journal

      巻: 26 ページ: -

    • DOI

      10.1002/chem.202000701

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Substrate selectivity and its mechanistic insight of the photo-responsive non-nucleoside triphosphate for myosin and kinesin2019

    • 著者名/発表者名
      Md. Jahirul Islam, Kazuya Matsuo, Halley M. Menezes, Masayuki Takahashi, Hidehiko Nakagawa, Akira Kakugo, Kazuki Sad, Nobuyuki Tamaoki
    • 雑誌名

      Organic & Biomolecular Chemistry

      巻: 17 ページ: 53-65

    • DOI

      10.1039/C8OB02714E

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Artificial Smooth Muscle Model Composed of Hierarchically Ordered Microtubule Asters Mediated by DNA Origami Nanostructures2019

    • 著者名/発表者名
      Kento Matsuda, Arif Md. Rashedul Kabir, Naohide Akamatsu, Ai Saito, Shumpei Ishikawa, Tsuyoshi Matsuyama, Oliver Ditzer, Md. Sirajul Islam, Yuichi Ohya, Kazuki Sada, Akihiko Konagaya, Akinori Kuzuya, Akira Kakugo
    • 雑誌名

      Nano Letters

      巻: 19 ページ: 3933-3938

    • DOI

      10.1021/acs.nanolett.9b01201

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Stabilization of Microtubules by Encapsulation of GFP Using Tau-Derived Peptide2019

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Inaba, Takahisa Yamamoto, Takashi Iwasaki, Arif Md. Rashedul Kabir, Akira Kakugo, Kazuki Sada,Kazunori Matsuura
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: 55 ページ: 9072-9075

    • DOI

      10.1039/C9CC04345D

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Stabilization of microtubules by cevipabulin2019

    • 著者名/発表者名
      Syeda Rubaiya Nasrina Arif Md. Rashedul Kabir, Akihiko Konagaya, Tsukasa Ishihara,Kazuki Sada, Akira Kakugo
    • 雑誌名

      Biochemical and Biophysical Research Communications

      巻: 516 ページ: 760-764

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2019.06.095

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fluorescent Tau-derived Peptide for Monitoring Microtubules in Living Cells2019

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Inaba, Takahisa Yamamoto, Takashi Iwasaki, Arif Md. Rashedul Kabir, Akira Kakugo, Kazuki Sada, Kazunori Matsuura
    • 雑誌名

      ACS Omega

      巻: 4 ページ: 11245-11250

    • DOI

      10.1021/acsomega.9b01089

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Adaptation of Patterns of Motile Filaments under Dynamic Boundary Conditions2019

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Inoue, Greg Gutmann, Takahiro Nitta, Arif Md. Rashedul Kabir, Akihiko Konagaya, Kiyotaka Tokuraku, Kazuki Sada, Henry Hess, Akira Kakugo
    • 雑誌名

      ACS Nano

      巻: 13 ページ: 12452-12460

    • DOI

      10.1021/acsnano.9b01450

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Self-propelled swimming of an organic crystal in water with flapping motion under continuous blue light irradiation2020

    • 著者名/発表者名
      Kazuma Obara, Yoshiyuki Kageyama, Sadamu Takeda
    • 学会等名
      The 20th RIES-HOKUDAI International Symposium 稀[ki]
    • 国際学会
  • [学会発表] Dissipative Self-Organization for Making Molecular Machine to Work Autonomously2020

    • 著者名/発表者名
      Yoshiyuki Kageyama, Tomonori Ikegami, Kazuma Obara, Sadamu Takeda
    • 学会等名
      The 20th RIES-HOKUDAI International Symposium 稀[ki]
    • 国際学会
  • [学会発表] Self-propelled swimming of an organic crystal in water with flapping motion under continuous blue-light irradiation2020

    • 著者名/発表者名
      Kazuma Obara, Yoshiyuki Kageyama, Sadamu Takeda
    • 学会等名
      Workshop on Physics of Soft, Active and Living Matter
    • 国際学会
  • [学会発表] Self-repetitive strokes of azobenzene assemblies under steady light-irradiation and their anisotropic structures2020

    • 著者名/発表者名
      Yoshiyuki Kageyama, Tomonori Ikegami, Kazuma Obara, Shinnosuke Satonaga, Daisuke Yazaki, Sadamu Takeda
    • 学会等名
      The 1st International Symposium on Molecular Engine
    • 国際学会
  • [学会発表] Self-propelled swimming of an organic crystal in water with flapping motion under continuous blue-light irradiation2020

    • 著者名/発表者名
      Kazuma Obara, Yoshiyuki kageyama, Sadamu Takeda
    • 学会等名
      The 1st International Symposium on Molecular Engine
    • 国際学会
  • [学会発表] キラルアゾベンゼン誘導体を含む結晶の青色定常光照射下での振動運動2020

    • 著者名/発表者名
      里永慎之介・景山義之・武田定
    • 学会等名
      化学系学協会北海道支部2020年冬季研究発表会
  • [学会発表] 発動分子の動きの集団化による時空間周期構造の形成と分子性材料の自律機能2020

    • 著者名/発表者名
      景山義之
    • 学会等名
      日本化学会第100春季年会(コラボ企画)
    • 招待講演
  • [学会発表] 波打ち型の自励振動を示すアゾベンゼン誘導体結晶の運動と構造解析2020

    • 著者名/発表者名
      矢崎 大介・池上 智則・景山 義之・武田 定
    • 学会等名
      日本化学会第100春季年会
  • [学会発表] ヒレを振動させて水中を推進する薄膜微結晶の遊泳2020

    • 著者名/発表者名
      小原 一馬・景山 義之・武田 定
    • 学会等名
      日本化学会第100春季年会
  • [学会発表] 化学で創る分子モーターと実働のための自己組織化2019

    • 著者名/発表者名
      景山義之
    • 学会等名
      第9回分子モーター研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] 生命システムを有機化学で模倣する:分子集合体の自己複製と自律運動2019

    • 著者名/発表者名
      景山義之
    • 学会等名
      高分子研究会(鳥取)
    • 招待講演
  • [学会発表] 生命の本質的特徴を化学で現してみる2019

    • 著者名/発表者名
      景山義之
    • 学会等名
      化学教育講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] 有機分子の自己組織化で実現する分子集合体の自律運動2019

    • 著者名/発表者名
      景山義之
    • 学会等名
      景山義之博士講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] 光照射によってリンカー長が変わるラジカルプローブの開発2019

    • 著者名/発表者名
      李ギョレ・景山義之・武田定
    • 学会等名
      日本化学会北海道支部夏季研究発表会2019
  • [学会発表] ヒレ運動型結晶スイマーの鈍い遊泳のモデル化2019

    • 著者名/発表者名
      景山義之
    • 学会等名
      札幌非線形現象研究会2019
  • [学会発表] 動的核分極NMRを用いた脂質膜近傍の局所的な水和環境の解析2019

    • 著者名/発表者名
      李ギョレ・景山義之・武田定
    • 学会等名
      第13回バイオ関連化学シンポジウム
  • [学会発表] 両親媒性アゾベンゼン誘導体の集合体がみせる自己秩序型メカニカル運動2019

    • 著者名/発表者名
      景山義之・池上智則・小原一馬・里永慎之介・佐藤寛泰・武田 定
    • 学会等名
      第68回高分子討論会
    • 招待講演
  • [学会発表] 動的核分極NMRを用いたリン脂質表面の局所的水和環境解析のためのプローブ合成2019

    • 著者名/発表者名
      李ギョレ・景山義之・武田定
    • 学会等名
      電子スピンサイエンス学会2019
  • [学会発表] 光で駆動される自律運動性結晶の構造と偏光の効果2019

    • 著者名/発表者名
      景山義之・池上智則・佐藤寛泰・武田 定
    • 学会等名
      第28回 有機結晶シンポジウム
  • [学会発表] Trans on switched cargo transportation by molecular swarm robot2019

    • 著者名/発表者名
      Mousumi Akter, Jakia Jannat Keya, Kentaro Kayano, Arif Md. Rashedul Kabir, Daisuke Inoue, Kazuki Sada, Hiroyuki Asanuma, Henry Hess, Akinori Kuzuya, Akira kakugo
    • 学会等名
      The10th Graduate School of Chemical Sciences and Engineering (CSE) and Ambitious Leaders’s Program (ALP) International Summer School
    • 国際学会
  • [学会発表] Regulation of trans on switched cargo transportation by molecular swarm robot2019

    • 著者名/発表者名
      Mousumi Akter, Jakia Jannat Keya, Kentaro Kayano, Arif Md. Rashedul Kabir, Daisuke Inoue, Kazuki Sada, Hiroyuki Asanuma, Henry Hess, Akinori Kuzuya, Akira Kakugo
    • 学会等名
      2nd Asian-French Workshop on Polymer Science 2019 (CSE International Student Symposium 2019)
    • 国際学会
  • [学会発表] Photo-regulated spatiotemporal cargo transportation by molecular swarm robot2019

    • 著者名/発表者名
      Mousumi Akter, Jakia Jannat Keya, Arif Md. Rashedul Kabir, Kazuki Sada, Hiroyuki Asanuma, Akinori Kuzuya, Akira Kakugo
    • 学会等名
      The 57th Annual meeting of the Biophysical Society of Japan (BSJ 2019)
  • [学会発表] Spatiotemporal trans on switched cargo transportation by molecular swarm robot2019

    • 著者名/発表者名
      Mousumi Akter, Jakia Jannat Keya, Arif Md. Rashedul Kabir, Kazuki Sada, Hiroyuki Asanuma, Akinori Kuzuya, Akira Kakugo
    • 学会等名
      Okinawa Colloids 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Spatiotemporal regulation of trans on switched molecular swarm robot2019

    • 著者名/発表者名
      Mousumi Akter, Jakia Jannat Keya, Arif Md. Rashedul Kabir, Kazuki Sada, Hiroyuki Asanuma, Akinori Kuzuya, Akira Kakugo
    • 学会等名
      The 20th RIES-HOKUDAI International Symposium
    • 国際学会
  • [学会発表] Molecular swarm robot- a highly efficient molecular cargo carrier system2019

    • 著者名/発表者名
      Mousumi Akter, Jakia Jannat Keya, Arif Md. Rashedul Kabir, Kazuki Sada, Hiroyuki Asanuma, Akinori Kuzuya, Akira Kakugo
    • 学会等名
      Hokkaido University National Central University Joint Symposium on Materials Chemistry and Physics 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Effect of Mechanical Deformation of Microtubule by External Stimuli on Microtubule-Dynein Interaction2019

    • 著者名/発表者名
      Syeda Rubaiya Nasrin, Arif Md. Rashedul Kabir, Kazuki Sada, Akira Kakugo
    • 学会等名
      2nd Asian-French Workshop on Polymer Science 2019 (CSE International Student Symposium 2019)
    • 国際学会
  • [学会発表] High-Resolution Observation of the Effect of Microtubule Bending on Single Kinesin Motility2019

    • 著者名/発表者名
      Syeda Rubaiya Nasrin, Christian Ganser, Seiji Nishikawa, Kazuki Sada, Takayuki Uchihashi, Henry Hess, Akira Kakugo
    • 学会等名
      The 20th RIES-HOKUDAI International Symposium
    • 国際学会
  • [学会発表] High-Resolution Observation of the Effect of Deformation Microtubule on Single Kinesin Motility2019

    • 著者名/発表者名
      Syeda Rubaiya Nasrin, Christian Ganser, Seiji Nishikawa, Kazuki Sada, Takayuki Uchihashi, Henry Hess, Akira Kakugo
    • 学会等名
      Hokkaido University-National Central University Joint Symposium on Materials Chemistry and Physics 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Force Measurement of Microtubules in Swarming Using Electromagnetic Tweezers2019

    • 著者名/発表者名
      Mst. Rubaya Rashid, Mousumi Akter, Jakia Jannat Keya, Arif Md. Rashedul Kabir, Kazuki Sada, Akira Kakugo
    • 学会等名
      7th International Life Science Symposium for Young Scientist (ILSS).
    • 国際学会
  • [学会発表] Regulation of the motility of a nano-biomolecular machine using trimethylamine-N-oxide2019

    • 著者名/発表者名
      Tasrina Munmun, Arif Md. Rashedul Kabir, Kazuki Sada and Akira Kakugo
    • 学会等名
      7th International Life Science Symposium for Young Scientist (ILSS).
    • 国際学会
  • [学会発表] Complete, rapid and reversible regulation of the motility of a nanobiomolecular machine using trimethylamine-N-oxide2019

    • 著者名/発表者名
      Tasrina Munmun, Arif Md. Rashedul Kabir, Kazuki Sada and Akira Kakugo
    • 学会等名
      2nd ICReDD International Symposium
    • 国際学会
  • [学会発表] A deep-sea osmolyte TMAO regulates the motility of a nano-biomolecular machine2019

    • 著者名/発表者名
      Tasrina Munmun, Arif Md. Rashedul Kabir, Kazuki Sada and Akira Kakugo
    • 学会等名
      The 20th RIES-HOKUDAI International Symposium
    • 国際学会
  • [学会発表] Repeated on/off switching of the motility of a nano-biomolecular machine using a deep-sea osmolyte trimethylamine-N-oxide2019

    • 著者名/発表者名
      Tasrina Munmun, Arif Md. Rashedul Kabir, Kazuki Sada and Akira Kakugo
    • 学会等名
      Hokkaido University-National Central University Joint Symposium on Materials Chemistry and Physics 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] キネシンおよびDNA-origamiを介した微小管ネットワークの収縮弛緩挙動の制御2019

    • 著者名/発表者名
      松田健人、アリフ コビル ムハンマド ラセドゥル、角五彰、葛谷明紀、佐田和己
    • 学会等名
      第68回高分子討論会
  • [学会発表] Control of volume change of microtubule network by using kinesin and DNA-origami2019

    • 著者名/発表者名
      Kento MATSUDA, Arif Md. Rashedul KABIR, Kazuki SADA, Akinori KUZUYA, Akira KAKUGO
    • 学会等名
      2nd Glowing Polymer Symposium in KANTO
  • [学会発表] キネシンおよびDNA-origamiを介した微小管ネットワークの収縮・弛緩挙動の制御2019

    • 著者名/発表者名
      松田健人、Arif Md. Rashedul Kabir、佐田和己、角五彰、葛谷明紀
    • 学会等名
      2019年度北海道高分子若手研究会 34th Summer University in Hokkaido
  • [学会発表] Autonomous information transfer by molecular swarm robots through DNA-based sequential signaling2019

    • 著者名/発表者名
      Jakia Jannat Keya, Arif Md. Rashedul Kabir, Kazuki Sada, Akinori Kuzuya, Akira Kakugo
    • 学会等名
      68th Symposiym on Macromolecules
    • 招待講演
  • [学会発表] Swarming of molecular robots under autonomous strand generator2019

    • 著者名/発表者名
      Jakia Jannat Keya, Sosei Ichiseki, Ibuki Kawamata, Arif Md. Rashedul Kabir, Shinichiro M. Nomura, Akira Kakugo
    • 学会等名
      The 20th RIES-HOKUDAI International Symposium
    • 国際学会
  • [学会発表] Computing swarming of molecular robots under autonomous strand generator2019

    • 著者名/発表者名
      Jakia Jannat Keya, Sosei Ichiseki, Ibuki Kawamata, Arif Md. Rashedul Kabir, Shinichiro M. Nomura, Akira Kakugo
    • 学会等名
      Hokkaido University-National Central University Joint Symposium on Materials Chemistry and Physics 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Design of molecular swarm robots2019

    • 著者名/発表者名
      Akira Kakugo
    • 学会等名
      Energy Science and Engineering (ESE) seminar 2019
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Construction of molecular swarm robot2019

    • 著者名/発表者名
      Akira Kakugo
    • 学会等名
      18th International Conference on Unconventional Computation and Natural Computation (UCNC2019)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Construction of molecular swarm robot integrating biomolecular soft actuators and processors2019

    • 著者名/発表者名
      Akira Kakugo
    • 学会等名
      The 3rd International Symposium for Advanced Gel Materials & Soft Matters
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Molecular swarm robot driven by chemical energy2019

    • 著者名/発表者名
      Akira Kakugo
    • 学会等名
      International Conference on Manipulation Automation and Robotics at Small Scales (MARSS)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Overcoming the challenges for designing swarm molecular robots2019

    • 著者名/発表者名
      Akira Kakugo
    • 学会等名
      CSJ, Okinawa Colloids 2019
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] A swarm molecular robot fabricated from photo-sensor, DNA processor and biomolecular motor2019

    • 著者名/発表者名
      Akira Kakugo
    • 学会等名
      Japan-Israel Nano-Bio Interfaces Workshop
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Task execution by molecular robots through DNA based information transfer2019

    • 著者名/発表者名
      Akira Kakugo
    • 学会等名
      Research Seminar in Mathematics and Computer Science, Research Group in Mathematics and its Applications (RGMA)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Task execution by molecular robots through DNA based information transfer2019

    • 著者名/発表者名
      Akira Kakugo
    • 学会等名
      Seminar on MOLECULAR ROBOTS AND ARTIFICIAL LIFE
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] A swarm molecular robot constructed from photo-sensor, DNA processor and biomolecular motor2019

    • 著者名/発表者名
      Akira Kakugo
    • 学会等名
      The 2nd International Conference on Materials Research and Innovation (ICMARI)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [図書] 次世代のポリマー・高分子開発、新しい用途展開と将来展望2019

    • 著者名/発表者名
      栢野健太郎、角五彰
    • 総ページ数
      11
    • 出版者
      技術情報協会

URL: 

公開日: 2021-01-27  

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