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手のひらにのるような、検査・治療機器を作成する為には、非常に小型の検出・診断・合成装置が必要であり、DNAナノ構造物(DNA-tile)上に多数の蛋白質分子を固定した"DNA-蛋白質ハイブリッドナノシステム"を構築し観察を行った。本年度は、T7-RNAポリメラーゼ(T7-RNA polymerase、以下RNAP)蛋白質をモデル蛋白質として用い、主に、ナノ反応場の設計とナノ反応場における蛋白質活性の特質を明らかにする事に注力した。具体的には、DNA-tile上にRNAPと、(RNAPが転写する)遺伝子を集積化し(以下Gene-chip)、出来たGene-chipをゲル電気泳動法や原子力間顕微鏡(AFM)で確認した後、活性を溶液反応系で測定した。その閣下、Gene-chipには小型反応系構築に都合の良い性質が備わっている事が明らかになった。1つ目は、合理設計性であり、Gene-chip上のRNAPと基質遺伝子間の距離を制御する事で、転写活性を設計できる事が明らかになった。2つ目は、直交性であり、自身の内部遺伝子は高効率に転写する一方、溶液中を漂う外部遺伝子はあまり転写しないという性質が明らかになった。また、これらの性質を利用して、無細胞翻訳系PURE systemにおいて、2つの遺伝子の発現量を合理的に設計可能である事を示した。また、人工細胞に見立てたエマルジョンの中でこれらの性質を確認した。これらの結果は、従来経験則的に反応設計が行われてきた転写活性を工学的なアプローチで反応設計が可能な事を示しており、DNAー蛋白質ハイブリッドナノシステムを用いたナノメートル精度での生体分子の空間配置制御が、生物化学反応の制御にDNA-蛋白質ハイブリッドナノシステムを用いる事の有用性を示唆する。
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