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人工細胞の細胞膜として、両親媒性分子の中空状集合体であるベシクルを利用している。ベシクル型人工細胞が肥大増殖するには、外部より膜分子の原料を取り込み、人工細胞内で細胞膜を構成する分子への変換が必要であるが、その変換反応を促す触媒は細胞の調製時に混合させるしか方法がなかった。本研究課題では、ベシクルがこのような触媒分子を内部で合成し、生成した触媒分子がベシクルの膜分子合成を接触する系の構築を目標とした。実際の系では、触媒分子と膜分子も同じイミン結合を持つ一本鎖型両親媒性分子とし、さらにデシルアニリンという共通の“養分”から生成する設計を施した。設計の結果、両分子の生産反応が連動することをNMR測定により確認した。また触媒が誘引する膜分子変換により、ベシクルが肥大・分裂するダイナミクスを、微分干渉顕微鏡を用いてリアルタイム観察した。
さらに本課題の拡張研究を行った。水中に浮遊するオクチルアニリンに、イミダゾール塩酸塩を持つアルデヒドを添加すると、オクチルアニリンの内部で両親媒性触媒が合成されたが、この両親媒性分子がオクチルアニリンをエマルションとして水中に分散させた。自己触媒反応系を内部に持つので、自己増殖するオクチルアニリンの油滴システムが誕生したといえる。この自己増殖する油滴システムに、アルデヒドを持つ膜分子前駆体を添加すると、自己生産するベシクルへと形態変化し、油滴を足場にベシクルを随時誕生させることが可能となった。このようなベシクルの多様性は、生命起源が自己複製する脂質膜から誕生したとする仮説を拡張するものである。
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