| 研究課題/領域番号 |
20H05701
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
野村 慎一郎 東北大学, 工学研究科, 准教授 (50372446)
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| 研究分担者 |
大野 博久 京都大学, iPS細胞研究所, 特定拠点助教 (90612391)
瀧ノ上 正浩 東京工業大学, 情報理工学院, 准教授 (20511249)
清水 義宏 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, チームリーダー (90401231)
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| 研究期間 (年度) |
2020-08-31 – 2025-03-31
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| キーワード | オートマター / 人工細胞 / 自己複製 / 大量生産 / 電子-分子インタフェイス |
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| 研究実績の概要 |
本研究では，プログラム可能な自動微粒子群・オートマターの実現に向けた要素技術の開発と統合を目的とする. 本年は，研究の環境整備・条件整備を行いつつ，本課題の要素技術として4つのサブテーマ1)自己複製能，2)分子制御，3)自動大量生産，4)電子制御-分子インタフェイスの実現を目指した技術開発を行った．1）について，清水グループは，自己複製溶液構築のための必須な要素である，リボソームの自発的構成を確立するための条件最適化について重要な知見を得た．2）について，大野グループは，オートマター内部における分子制御のための基盤技術開発に取り組んだ．分子の空間配置を制御するための構造単位となるRNAナノ構造体を新たに構築した．また，分子情報変換系の構築も行った．任意のタンパク質分子の存在を入力信号として検出し，出力となる別のタンパク質分子を産生するシステムの開発に成功した．3）について野村グループでは，オートマターの構造となる多細胞体を連続的・自動的に生成するための基盤技術開発に取り組み，浸透圧と応力の重要性および環境耐性についての知見を得た．さらに，多細胞体で分子情報を処理する際に重要な課題である，人工細胞膜を介した内外の物質透過について，DNAオリガミを用いたサイズ可変ポアを実現し報告した．4）について，瀧ノ上グループは，オートマターの外部制御を実現するため，光操作でDNA液滴を動かすことに成功した．研究グループ全体での本年度の活動としては，上記の研究の進展について論文や学会で報告を行った他，7回の全体ミーティングを行い，アイディアの交換や議論を進めた．以上の実績によりオートマター研究の基礎を固める成果が得られたものと確信している．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
2020年度は研究の環境整備・条件整備を行いつつ，本課題の要素技術として4つのサブテーマ1)自己複製能，2)分子制御，3)自動大量生産，4)電子制御-分子インタフェイスの実現を目指した技術開発を行った． 特に，1）と4）について当初の計画以上の進展がみられた． 1）の，本課題で最も困難と予想している自己複製機構の実現に向けたリボゾーム再構成実験について，清水グループで大きな進展があった． これまで，リボソームの試験管内再構成には高温・高塩濃度の非生理的条件が必須であったが，再構成系に加える因子の種類などを検討することにより，低温・低塩濃度でもこれを実現することが可能となった．また4）について，瀧ノ上グループはアゾベンゼン基を導入したDNA粘着末端のハイブリダイゼーションの光制御によりDNAゲルのゲル-液滴相転移制御を可能にした． さらに，アゾベンゼン基を含む界面活性剤AzoTABにより，DNAゲル/DNA液滴の体積相転移を実現し，運動可能性についても進展が得られた． サブテーマ2)と3)についても順調に成果が得られており，総じて本課題は当初の計画以上に進展していると考えている．
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| 今後の研究の推進方策 |
引き続き，本課題の要素技術として4つのサブテーマ1)自己複製能，2)分子制御，3)自動大量生産，4)電子制御-分子インタフェイスの実現を目指した技術開発を進め，本年はサブテーマをまたいだ技術の融合にも取り組む． 1）自己複製機構の実現に向けたリボゾーム再構成実験について，開始・終結を含む制御を実現するための検討を進める． 原料の枯渇以外に反応を人為的に制御する手法の確立は，自動的な反応駆動を目指すための研究開発に必須である． 関連して，2）分子制御について，タンパク質発現の制御を時空間的に実現するための，フィードバック系（タンパク質の入力によるタンパク質翻訳の調節）の研究を引き続き行う． 清水グループと大野グループの共同により，翻訳系の分子制御に取り組む． 3）オートマターの構造となる多細胞体の連続的・自動的な生成について，内外水相のみならず，膜原料の連続供給実現を目指した装置の開発を進める． 4）電子制御-分子インタフェイスの実現を目指して，瀧ノ上グループでは，光を介することで分子情報と電子情報とを変換するための試みを進める． 野村グループと共同で，物理的非平衡場を介した多細胞体の運動の実現に取り組む． 研究グループ全体として，オンラインツールを駆使して課題を共有しつつ密な議論を行い，研究を滞りなく進める予定である．
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| 備考 |
Webサイトは2021年度公開予定
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