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2019 年度 実績報告書

超並列自律システムとしての生命体:その本質の追究

研究課題

研究課題/領域番号 15H02121
研究機関同志社大学

研究代表者

吉川 研一  同志社大学, 研究開発推進機構, 客員教授(嘱託研究員) (80110823)

研究分担者 松田 修  京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (00271164)
福田 青郎  関西学院大学, 理工学部, 講師 (30421283)
研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2020-03-31
キーワード生命現象の物理 / 時空間秩序 / 非線形科学 / 非線形物理 / 自律運動
研究実績の概要

本研究では、生命体を非平衡開放系での自律的システムと捉え、生命現象の基盤を物理の視点で解き明かすことを目指す。生命現象の中でも、 1)非平衡ゆらぎが引き起こすマクロな自律運動 (nmからcmスケールへの逆カスケード)、2)DNA(一次元塩基配列)から形態形成(時空間4次元)への物理学、の2つの未解明の問題を中核的な課題として捉え、数理モデルと実空間モデルの研究を有機的・効果的に組み合わせる中で、生命現象の本質に迫ることを目指した。自律運動系に関して、気水界面に対して、水平方向からのレーザ照射により、光路に沿った流体運動を引き起こし、順方向と逆方向にスイチングすることが可能であることを明らかにして報告した(Appl.Phys.Lett.,2020)。水平方向から流体運動のスイッチングを行なうことが可能であるとする本発見の意義は大きいと思われる。2)の課題の中で、DNAの構造と活性の相間を追究する研究の過程で、当初は予想できなかった現象を見出した。すなわち、溶液のミクロ相分離現象に伴い、細胞様の構造が自発的に生成し、それに伴い、DNAの高次構造も特異的な変化を示すことを発見した。このような、ミクロ相分離により自己創生するモデル細胞の実験と解析をすすめ、リン脂質が共存する条件で、水/水ミクロ相分離を生じさせると、DNAやactinなどを自発的にとりこんだ安定な細胞サイス小胞が生じることを明らかにした。(ChemBioChem, 2020; Best paperに選定されている)。それ以外にも、ポリアミン存在下DNAの発現の亢進と阻害が起こることを明らかにした研究や、アルコール水溶液中でのゲノムサイズDNAの凝縮・脱凝縮の2段階転移現象の発見など、新規性の高い研究成果が得られている。

現在までの達成度 (段落)

令和元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

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2021 2020 2019 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 4件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件、 招待講演 5件) 備考 (1件) 産業財産権 (1件)

  • [国際共同研究] University of Seville(スペイン)

    • 国名
      スペイン
    • 外国機関名
      University of Seville
  • [国際共同研究] City University of New York(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      City University of New York
  • [国際共同研究] Polish Academy of Sciences(ポーランド)

    • 国名
      ポーランド
    • 外国機関名
      Polish Academy of Sciences
  • [雑誌論文] K+ promotes the favorable effect of polyamine on gene expression better than Na+2020

    • 著者名/発表者名
      Nishio Takashi、Sugino Kaito、Yoshikawa Yuko、Matsumoto Michiaki、Oe Yohei、Sadakane Koichiro、Yoshikawa Kenichi
    • 雑誌名

      PLOS ONE

      巻: 15 ページ: 0238447-0238447

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0238447

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Switching between positive and negative movement near an air/water interface through lateral laser illumination2020

    • 著者名/発表者名
      Shono Mayu、Takatori Satoshi、Carnerero Jose M.、Yoshikawa Kenichi
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 117 ページ: 073701~073701

    • DOI

      10.1063/5.0015247

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Self‐Emergent Protocells Generated in an Aqueous Solution with Binary Macromolecules through Liquid‐Liquid Phase Separation2020

    • 著者名/発表者名
      Sakuta Hiroki、Fujita Fumika、Hamada Tsutomu、Hayashi Masahito、Takiguchi Kingo、Tsumoto Kanta、Yoshikawa Kenichi
    • 雑誌名

      ChemBioChem

      巻: 21 ページ: 3323~3328

    • DOI

      10.1002/cbic.202000344

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Marked Difference in the Conformational Transition of DNA Caused by Propanol Isomer2020

    • 著者名/発表者名
      Ma Yue、Yoshikawa Yuko、Oana Hidehiro、Yoshikawa Kenichi
    • 雑誌名

      Polymers

      巻: 12 ページ: 1607~1607

    • DOI

      10.3390/polym12071607

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 高分子が創り出す“生命らしさ2020

    • 著者名/発表者名
      吉川研一
    • 雑誌名

      高分子

      巻: 69 ページ: 141-144

  • [学会発表] 化学進化と生物進化の谷間に橋を架ける2021

    • 著者名/発表者名
      吉川研一
    • 学会等名
      自然科学研究機構 生命創成探究センター
    • 招待講演
  • [学会発表] DNAから形態形成に至る謎を探る:生命医科学と物理学の融合2020

    • 著者名/発表者名
      吉川研一
    • 学会等名
      京都府立医大講演会(特別講演)
    • 招待講演
  • [学会発表] Low-Tchが生み出す細胞の実空間モデル:混ぜるだけでできるProto Cell2020

    • 著者名/発表者名
      吉川研一
    • 学会等名
      細胞を創る」研究会(基調講演)
    • 招待講演
  • [学会発表] How to bridge the gap between life and matter2020

    • 著者名/発表者名
      Kenichi Yoshikawa
    • 学会等名
      Moscow Regional University (招待講演)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 非線形ダイナミクスと生命現象:DNAから生物個体まで2020

    • 著者名/発表者名
      吉川研一
    • 学会等名
      日本生物工学会 (招待講演)
    • 招待講演
  • [備考] 同志社大学生命医科学部生命物理科学研究室

    • URL

      https://dmpl.doshisha.ac.jp/

  • [産業財産権] 液体流の形成方法およびそれを用いる対象物の移動方法2019

    • 発明者名
      剣持貴弘、吉川研一、鷹取慧、庄野真由
    • 権利者名
      剣持貴弘、吉川研一、鷹取慧、庄野真由
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2019-172863

URL: 

公開日: 2021-12-27  

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