| 研究課題/領域番号 |
15K05248
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
有賀 隆行 九州大学, 理学(系)研究科(研究院), 特任准教授 (30452262)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | １分子計測・操作 / 生体物質の物理 / 非平衡物理学 / エネルギー変換 / 生体分子モーター |
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| 研究実績の概要 |
生命は、多数の生体分子機械がエネルギーを消費しながら働く本質的に非平衡な系である。個々の分子機械の仕組みは明らかになりつつあるが、普遍的な法則の理解には至っていない。我々はこれまで、微小管の上を歩きながら荷物を運ぶ生体分子モーターであるキネシンの運動や力生成を計測し、ゆらぎが機能に関わっていることを明らかにしてきた。一方で、細胞という環境では細胞を形作る細胞骨格自体も熱ゆらぎとは別に"非平衡ゆらぎ"を自ら創りだしていることが明らかになった。そこで本研究では、そのようなアクティブにゆらいだ環境が分子モーターの運動に積極的な寄与を与えているのではないかと着目し、その影響を直接観察・操作することで、生体内における非平衡ゆらぎの意味とその普遍的な法則の理解を目指している。
本年度は、実際にゆらぎの影響を見る実験に先立って、これまでに得られた実験的パラメーターを元にした現象論的なキネシンのモデルを用いて、外部ゆらぎがどのようにキネシンの運動に影響を及ぼすか、計算機シミュレーションを行った。その結果、キネシンは外部の非熱的なゆらぎに応答して、運動速度を変化させることが示唆された。この知見を実験で検証するために、シミュレーションと並行して、これまでキネシンの運動計測に用いていた高速度フィードバック制御を可能とした光ピンセット装置にさらなる改良を加え、キネシンの運動に非ガウス的なノイズを与える系の開発を行った。
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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
当初の予定では、本年度にキネシンの運動に人工的なゆらぎを与える装置を開発し、ゆらぎの大きさを人工的に増幅したアクティブなノイズを与えてキネシンの運動を観察する予定ではあったが、本年度の途中で研究実施機関の移転（九州大学箱崎キャンパス→伊都キャンパス）があった影響で実験装置を一度解体する必要に迫られ、当初の予定を変更してシミュレーションと計測用のプログラミングをメインに行った。その結果、予定していた実験系の構築および計測は予定していたよりも遅れてしまったが、その分シミュレーションにて良好な結果が得られ、その知見を実験系にフィードバックすることにより、順調な進捗が得られると期待できる。
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| 今後の研究の推進方策 |
非平衡なゆらぎを持つ外部環境がキネシンの運動に与える影響を調べるため、キネシンの運動に対して人工的にゆらぎを与え、その運動を観察する。これまでに得られたシミュレーションの結果を元に、適切に非熱的なゆらぎを与える改良を、外力の高速度フィードバック制御を可能とした光ピンセット装置に加える。また、細胞内のような、より大きな非平衡ゆらぎを持つ環境での観察を目指して、観察ステージにもフィードバック制御を導入する装置の改良を行っていく。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
当初の予定では、本年度にキネシンの運動に人工的なゆらぎを与える装置を開発し、ゆらぎの大きさを人工的に増幅したアクティブなノイズを与えてキネシンの運動を観察する予定ではあったが、本年度の途中で研究実施機関の移転（九州大学箱崎キャンパス→伊都キャンパス）があった影響で実験装置を一度解体する必要に迫られ、当初の予定を変更してシミュレーションと計測用のプログラミングをメインに行った。その結果、予定していた実験系の改良・構築および計測にかかる予定であった使用額の大半を次年度以降に回すことになった。
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| 次年度使用額の使用計画 |
非平衡なゆらぎを持つ外部環境がキネシンの運動に与える影響を調べるため、キネシンの運動に対して人工的にゆらぎを与え、その運動を観察する。これまでに得られたシミュレーションの結果を元に効率的に非熱的なゆらぎを与える改良を、外力の高速度フィードバック制御を可能とした光ピンセット装置に加えるための装置改良に伴う光学部品として用いる。また、細胞内のような、より大きな非平衡ゆらぎを持つ環境での観察を目指して、観察ステージにもフィードバック制御を導入する装置の購入に用いる。
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