| 研究領域 | 感覚と知能を備えた分子ロボットの創成 |
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| 研究課題/領域番号 |
24104004
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
小長谷 明彦 東京工業大学, 総合理工学研究科(研究院), 教授 (00301200)
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| 研究分担者 |
葛谷 明紀 関西大学, 工学部, 准教授 (00456154)
角五 彰 北海道大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (10374224)
平塚 祐一 北陸先端科学技術大学院大学, マテリアルサイエンス研究科, 准教授 (10431818)
瀧口 金吾 名古屋大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (20262842)
野村 慎一郎 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50372446)
松浦 和則 鳥取大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60283389)
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| 研究期間 (年度) |
2012-06-28 – 2017-03-31
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| キーワード | 分子ロボティクス / 人工生命システム / 生命分子計算 / DNAナノ構造 / ペプチドナノ構造 / 巨大リポソーム / 分子モーター制御 / 生体分子シミュレーション |
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| 研究実績の概要 |
テスト細胞骨格と分子モーターを細胞サイズリポソーム内で再構成した第一世代の分子ロボット（アメーバ型分子ロボット）のプロトタイプの実現に向けて、2012年度は、システムインテグレーションに不可欠な、班員間の実験条件の共通化ならびに実験方法論の定式化に取り組んだ。具体的には、アメーバ班の短期目標として、DNA制御分子モーター走行、細胞膜形状変化、感覚・知能インターフェース確立の３つを設定し、それぞれのテーマにおいて、班員が持つ技術を統合し、プロトタイプ実現への接近法を確立した。
DNA制御分子モーター走行に関しては、アメーバ型分子ロボットの駆動制御の実現に向けて、キネシン固定基盤上でのATP駆動型微小管運動の動的制御に取り組んだ。微小管にDNA配列を付加し、DNA情報で微小管同士の相互作用を動的に制御できることを確認した（角五、葛谷）。また、DNA情報によりペプチドの自己集合構造を制御できることを確認した（松浦、葛谷）。さらに、微小管の動的制御モデルの構築を開始した（角五、小長谷）。
細胞膜形状変化に関しては、分子モーターによる微小管アスターやバンドル構造の形成に着目し、アメーバ型分子ロボットの骨格構造の形態変化の制御に取り組んだ。制御機構として、DNAナノ構造を中心核に持つ分子モーター（平塚、葛谷）および光応答性βシート繊維形成ペプチド（平塚、松浦）を検討した。筐体としてエマルジョンへの分子モーターおよび微小管の導入を確認した（野村、平塚）。骨格構造としてはアクチンフィラメントについても取組を開始した（瀧口）。
さらに、知能班およびセンサー班とのインターフェースを検証するための班間連携プラットフォームとしてゾウリムシのゴーストモデルを構築した（野村）。
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| 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
２０１２年度はアメーバ型分子ロボットプロトタイプ実現に向けて、班員が持つ技術を結集し、DNA制御分子モーター走行および細胞膜形状変化という中核技術の実現に注力した。DNA制御分子モーター走行に関しては、計画通り、タンパクのDNA-修飾、ペプチドコンジュゲートの合成を進め、DNA配列情報を搭載した生体分子モーターの創製に成功した。さらに入力したDNA配列情報に基づき生体分子モーター同士を結合・解離させることにも成功した（角五、葛谷、松浦）。
細胞膜形状変化に関しては、DNAナノ構造とキネシンとの会合体およびβシート形成ペプチドの配列をC末端にもつキネシンを作成した（平塚、葛谷、松浦）。また、水中油滴エマルジョン内部に分子モーター系を導入した（野村、平塚）。さらに、分子モーター群の再構成に用いる蛋白質群の単離精製を開始した（瀧口）。
また、センサー班および知能班とのインタフェースを検討するためのプラットフォームとして、細胞膜と分子モーターを備えたバクテリアゴーストを作成した（野村）。さらに、微小管のダイナミクスをシミュレーションするための確率微分方程式モデルについて検討を開始した（小長谷、角五）。以上より、当初計画に対し概ね順調に進展していると評価した。
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| 今後の研究の推進方策 |
2013年度は、前年度に引き続き、アメーバ型分子ロボットプロトタイプの中核技術となるDNA制御分子モーター走行および細胞膜形状変化の実現に注力する。
分子モーター走行に関しては、DNA配列情報による分子モーターのモビリティのさらなる改善を図ると共に、協調運動の時空間制御法に着手する。このためにDNAとタンパクが直接共有結合する化学修飾法を検討する。具体的にはクリック反応を用いた導入法や、タンパクに特異的なタグ配列を導入し、そのリガンドとなる修飾をDNAに施すことを検討する（角五、葛谷）。さらに、β-Annulusペプチド-DNAのコンジュゲートの自己集合により得られるナノカプセルを微小管のナノコンテナとして利用することを検討する（松浦）。
細胞膜形状変化に関しては、予備実験としてマイクロチャンバ内にDNAオリガミを用いたキネシン会合体と微小管を添加し微小管アスター、バンドル等を生成する（平塚）。分子モーター群の再構成実験とその生細胞サイズのリポソームへの実装を行い、作製されたプロトタイプの分子アメーバの評価を試みる（瀧口）。膜チャネルを導入したリポソームの物質透過性を確認し、リポソーム内部への物質輸送と運動に対するリアクションを調べる（野村）。また、β-シートペプチド繊維と分子モーターの組合せにより微小管運動の光制御を試みる（平塚、松浦）。
感覚・知能インタフェースに関しては、感覚班との連携によるセンシング分子の統合ならびに知能班との連携による知能回路との統合を検討する（野村、小長谷）。
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