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2019 年度 実績報告書

自己複製する非平衡動的なDNA人工細胞の創成

研究課題

研究課題/領域番号 17H01813
研究機関東京工業大学

研究代表者

瀧ノ上 正浩  東京工業大学, 情報理工学院, 准教授 (20511249)

研究分担者 川野 竜司  東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90401702)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワード分子ロボット / 人工生命 / 人工細胞 / DNAナノテクノロジー / ソフトマター / マイクロ流体工学
研究実績の概要

DNA設計によるプログラマブルな動的分子システムである「自己複製する非平衡動的なDNA人工細胞」の構築のため,DNAマイクロゲルおよびDNAマイクロカプセルの自己組織化と制御に関する研究を実施した.今年度は,外場によるマイクロ粒子の制御,DNA人工細胞カプセルの安定化, 自律的に分裂できるDNAゲル人工細胞の構築を中心に行い,非平衡動的なDNA人工細胞の実現を目指した.
(1) 非平衡動的なDNA人工細胞の構築には,非平衡状況下で外場のエネルギーを利用し駆動するメカニズムの構築が必要である.そこで,マイクロ粒子をモデルとして利用し,外場である電場のエネルギーから自律的に方向性のある集団運動を取り出す方法を確立した.
(2) DNA人工細胞カプセルの安定化の研究を行った.具体的には,従来のDNAオリガミの1/10のサイズのDNAオリガミを直方体的に自己組織化させ,そこに疎水性分子であるコレステロールを付加し,両親媒性DNAオリガミ構造を作った.また,生成時の凝集や界面吸着問題を解決するため,疎水性部分を保護するプロテクタメカニズムを開発し,高効率で生成するとともに,着脱を制御できることを実証した.これにより,定量的に,界面制御を実現でき,飛躍的に実験がしやすい技術を開発することに成功した.
(3)自律的に分裂できるDNAゲル人工細胞の構築:Y-motif構造と呼ばれるDNAナノ構造を集積したDNAゲルを構築した.このDNAゲルの中には,最初は2種類の配列が混和することで一体となったDNAゲル粒子を形成しているが,外からのタンパク質入力に応答して,混和に寄与しているリンカーDNAが切断されることによって,混和状態が解消され,細胞分裂や細胞核の分裂のような自律的な分裂を実現できることを実証した.これにより,自己複製する非平衡動的なDNA人工細胞の基盤が確立した.

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

    (26件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (21件) (うち国際学会 4件、 招待講演 10件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Collective Ratchet Transport Generated by Particle Crowding under Asymmetric Sawtooth‐Shaped Static Potential2020

    • 著者名/発表者名
      Hayakawa Masayuki、Kishino Yusuke、Takinoue Masahiro
    • 雑誌名

      Advanced Intelligent Systems

      巻: - ページ: 2000031~2000031

    • DOI

      10.1002/aisy.202000031

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Surfactant concentration modulates the motion and placement of microparticles in an inhomogeneous electric field2020

    • 著者名/発表者名
      Masukawa Marcos K.、Hayakawa Masayuki、Takinoue Masahiro
    • 雑誌名

      RSC Advances

      巻: 10 ページ: 8895~8904

    • DOI

      10.1039/D0RA00703J

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Photolithographic shape control of DNA hydrogels by photo-activated self-assembly of DNA nanostructures2020

    • 著者名/発表者名
      Kasahara Yu、Sato Yusuke、Masukawa Marcos K.、Okuda Yukiko、Takinoue Masahiro
    • 雑誌名

      APL Bioengineering

      巻: 4 ページ: 016109~016109

    • DOI

      10.1063/1.5132929

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] DNA Origami Nanoplate‐Based Emulsion with Nanopore Function2019

    • 著者名/発表者名
      Ishikawa Daisuke、Suzuki Yuki、Kurokawa Chikako、Ohara Masayuki、Tsuchiya Misato、Morita Masamune、Yanagisawa Miho、Endo Masayuki、Kawano Ryuji、Takinoue Masahiro
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: 58 ページ: 15299~15303

    • DOI

      10.1002/anie.201908392

    • 査読あり
  • [学会発表] Cell-like molecular robots based on DNA-integrated microdroplets2019

    • 著者名/発表者名
      瀧ノ上 正浩
    • 学会等名
      Workshop on Membrane Biotechnology with Microfabrications
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Formation of DNA microdroplets with sequence-specificity by liquid-liquid phase separation of DNA nanostructures2019

    • 著者名/発表者名
      瀧ノ上正浩
    • 学会等名
      Okinawa Colloids 2019
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] DNA microcapsules for cell-like molecular robots based on soft matter biophysics2019

    • 著者名/発表者名
      瀧ノ上 正浩
    • 学会等名
      Symposium on bioinspired design of advanced materials
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Molecular robotics based on microfluidic control of bio soft matter2019

    • 著者名/発表者名
      瀧ノ上 正浩
    • 学会等名
      DNA Nanotechnology Workshop
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Cell-like molecular robots built with DNA nanotechnology2019

    • 著者名/発表者名
      瀧ノ上 正浩
    • 学会等名
      "ELSI mini-symposium ? Primitive Compartments: Assembly Function and Evolution"
    • 招待講演
  • [学会発表] DNAナノテクノロジーによる細胞型分子ロボットの構築2019

    • 著者名/発表者名
      瀧ノ上正浩
    • 学会等名
      群馬大学セミナー
    • 招待講演
  • [学会発表] DNAマイクロ液滴の液-液相分離の塩基配列制御 ~ナノ/マイクロマテリアルサイエンスの立場からのLLPS研究~2019

    • 著者名/発表者名
      瀧ノ上正浩
    • 学会等名
      第3回LLPS研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] 循環共生圏農工業におけるナノ・マイクロ生体分子ロボットの可能性2019

    • 著者名/発表者名
      瀧ノ上正浩
    • 学会等名
      循環共生圏農工業研究推進体 キックオフシンポジウム
    • 招待講演
  • [学会発表] DNAの情報生命物理学による人工細胞・分子ロボットへの挑戦2019

    • 著者名/発表者名
      瀧ノ上正浩
    • 学会等名
      情報社会とイノベーション(IS&I)研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] バイオソフトマター制御による人工細胞工学2019

    • 著者名/発表者名
      瀧ノ上正浩
    • 学会等名
      第4回個体の中の細胞社会学ワークショップ
    • 招待講演
  • [学会発表] Fabrication of Microfluidic Devices to Explore Size Control Ability of Droplets with a Small Volume Sample2019

    • 著者名/発表者名
      WU SHANGRU
    • 学会等名
      第6回サイボウニクス研究会
  • [学会発表] DNAの液液相分離を利用した核酸センシングシステム構築2019

    • 著者名/発表者名
      津村希望
    • 学会等名
      第6回サイボウニクス研究会
  • [学会発表] Surfactant blends enable cargo delivery to microdroplet array and active w/o/w bacteria emulsion2019

    • 著者名/発表者名
      MASUKAWA Marcos Kunihiro
    • 学会等名
      「細胞を創る」研究会12.0
  • [学会発表] 粘弾性相分離モデルの拡張によるDNAマイクロゲルのパターン形成の数値解析2019

    • 著者名/発表者名
      阪本哲郎
    • 学会等名
      第6回サイボウニクス研究会
  • [学会発表] Effect of surfactant on the electric manipulation of microparticles2019

    • 著者名/発表者名
      MASUKAWA Marcos Kunihiro
    • 学会等名
      化学とマイクロ・ナノシステム学会第40回研究会(CHEMINAS40)
  • [学会発表] 塩基配列設計に基づいたDNA液滴の構築と制御2019

    • 著者名/発表者名
      佐藤佑介
    • 学会等名
      「細胞を創る」研究会12.0
  • [学会発表] イオンチャネル機能を有する両親媒化DNAナノプレート集積カプセル2019

    • 著者名/発表者名
      石川 大輔
    • 学会等名
      「細胞を創る」研究会12.0
  • [学会発表] Construction of hydrogel microcapsules by using phase separation of liquid-like DNA2019

    • 著者名/発表者名
      中島 裕司
    • 学会等名
      第57回日本生物物理学会
  • [学会発表] Dynamic system by liquid-liquid phase separation using DNA droplet2019

    • 著者名/発表者名
      佐藤佑介
    • 学会等名
      第57回日本生物物理学会
  • [学会発表] Simulation model and analysis of phase transition in DNA gel2019

    • 著者名/発表者名
      山本 陽大
    • 学会等名
      第57回日本生物物理学会
  • [学会発表] Porous microstructure formation of DNA droplet2019

    • 著者名/発表者名
      阪本 哲郎
    • 学会等名
      第57回日本生物物理学会
  • [備考] 瀧ノ上研究室ホームページ

    • URL

      http://takinoue-lab.jp/

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公開日: 2021-01-27  

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