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2017 年度 実施状況報告書

形と流動性の再現から読み解く生命システムの秩序原理

研究課題

研究課題/領域番号 15KT0081
研究機関慶應義塾大学

研究代表者

藤原 慶  慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 講師 (20580989)

研究分担者 柳澤 実穂  東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 特任准教授 (50555802)
研究期間 (年度) 2015-07-10 – 2019-03-31
キーワード合成生物学 / ソフトマター / 人工細胞 / 流動性 / 生命システム
研究実績の概要

生命システムを内包した人工細胞を用い、「生命機能と形状・流動性の関係」と「細胞サイズ閉鎖空間の形状と流動性の関係」の解明を通し、細胞内における生命の秩序原理を明らかにすることを目的としている。
本年度は、昨年度までに明らかにした流動性が変形パターンの運命を変化させるという研究内容をまとめた論文が、Soft matter誌に採択された(藤原&柳澤 2017)。また、流動性と形状に関しては、膜近傍の流動性を下げることで細胞骨格を保持した細胞膜のように環境変化に対して安定となることを論文にまとめ、PNAS誌にて報告した(黒川、藤原ら2017)。さらに、人工細胞中でゲル化したゼラチンの弾性を解析することで、脂質膜が最終的なゲル化の弾性に大きな影響を与えることが明らかにした。さらにCDやIRなどのspectrum解析やチオフラビンT結合活性を解析したところ、人工細胞内ゲル化が引き起こす弾性転移はランダムコイル部分がβシートへと転換する二次構造転換に由来することが示唆された。本内容を論文にまとめ、ACS Central Science誌にて報告した(酒井、村山、藤原らin press)。
流動性が生命機能に与える影響については知見が蓄積されてきたが、その逆である生命機能が流動性に与える影響については実験系が整ってきたものの、依然解決すべき問題がいくつか存在している。本研究過程で開発した無細胞条件でのバクテリアゲノム転写翻訳系(藤原ら、NAR 2017)を人工細胞に封入することまでは成功しているため、ゲノムの転写翻訳が流動性に与える影響の解析を検討している状況である。また、人工細胞形状が内部の動的な因子に与える影響を解析するため光ピンセットによりリポソームの形状を変化させたが、アスペクト比を1:1.2程度にすることまでは達成できたが、今後より大変形を可能とする条件を見出す必要がある。

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

昨年度の遅れを取り戻し、いくつかの論文を発表することができた。

今後の研究の推進方策

研究が遅れている生命機能が流動性に与える影響について重点的に取り組む。系は確立されたため(渡辺&柳澤 PCCP in press)、人工細胞に転写翻訳、反応拡散システムなどを導入し、機能にともなう流動性の変化を解明する。

次年度使用額が生じた理由

代表者、分担者ともにライフイベントにより2年目の計画において遅れが生じた。計画の修正は順調に進み、次年度への延長により研究が完成されることが期待される。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (6件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Cell-size confinement effect on protein diffusion in crowded poly(ethylene)glycol solution2018

    • 著者名/発表者名
      C Watanabe、M Yanagisawa
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 20 ページ: 8842-8847

    • DOI

      10.1039/C7CP08199E

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Increasing Elasticity through Changes in the Secondary Structure of Gelatin by Gelation in a Microsized Lipid Space2018

    • 著者名/発表者名
      Sakai Atsushi、Murayama Yoshihiro、Fujiwara Kei、Fujisawa Takahiro、Sasaki Saori、Kidoaki Satoru、Yanagisawa Miho
    • 雑誌名

      ACS Central Science

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • DOI

      10.1021/acscentsci.7b00625

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Single Micrometer-Sized Gels: Unique Mechanics and Characters for Applications2018

    • 著者名/発表者名
      Miho Yanagisawa、Chiho Watanabe、Kei Fujiwara
    • 雑誌名

      Gels

      巻: 4(2) ページ: 29

    • DOI

      10.3390/gels4020029

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Liposomal internal viscosity affects the fate of membrane deformation induced by hypertonic treatment2017

    • 著者名/発表者名
      K Fujiwara、M Yanagisawa
    • 雑誌名

      Soft Matter

      巻: 13 ページ: 9192-9198

    • DOI

      10.1039/C7SM01421J

    • 査読あり
  • [雑誌論文] DNA cytoskeleton for stabilizing artificial cells2017

    • 著者名/発表者名
      Kurokawa Chikako、Fujiwara Kei、Morita Masamune、Kawamata Ibuki、Kawagishi Yui、Sakai Atsushi、Murayama Yoshihiro、Nomura Shin-ichiro M.、Murata Satoshi、Takinoue Masahiro、Yanagisawa Miho
    • 雑誌名

      Proc. Natl. Acad. Sci. USA

      巻: 114 ページ: 7228~7233

    • DOI

      10.1073/pnas.1702208114

    • 査読あり
  • [学会発表] 微生物学・分子生物学と人工細胞研究の接点2017

    • 著者名/発表者名
      藤原慶
    • 学会等名
      第14回21世紀大腸菌研究会
  • [学会発表] マイクロサイズ空間により変化するMin反応拡散波の発生条件2017

    • 著者名/発表者名
      光山隼史、義永那津人、栁澤実穂、土居信英、藤原慶
    • 学会等名
      関東ソフトマター研究会
  • [学会発表] 生命のように振る舞う人工細胞を創る・使うための基盤研究2017

    • 著者名/発表者名
      藤原慶
    • 学会等名
      細胞を創る研究会10.0
  • [学会発表] 無細胞タンパク質合成システムを用いた Min システムの挙動解析2017

    • 著者名/発表者名
      吉田葵、光山隼史、土居信英、藤原慶
    • 学会等名
      ConBio2017
  • [学会発表] 生体模倣で細胞再構成に迫る2017

    • 著者名/発表者名
      藤原慶
    • 学会等名
      第12回無細胞生命科学研究会
  • [学会発表] PURE systemを用いたMinシステムの人工細胞内発現2017

    • 著者名/発表者名
      吉田葵、光山隼史、土居信英、藤原慶
    • 学会等名
      第12回無細胞生命科学研究会
  • [備考] ゼリーは小さく作るほど硬くなる? 細胞の様な鋳型に入れるとゼリーの硬さが変化する現象を発見

    • URL

      https://www.keio.ac.jp/ja/press-releases/2018/3/16/28-43078/

  • [備考] 骨格で支えられた人工細胞の形成に成功 薬用カプセルや化粧品などの応用に耐える補強が実現

    • URL

      https://www.keio.ac.jp/ja/press-releases/2017/6/27/28-21726/

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公開日: 2018-12-17  

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