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本研究は、モータータンパク質であるFoF1-ATP合成酵素を、エバネッセント光により形成される急激な電場勾配によって駆動させる挑戦的な研究である。本研究は、以下に述べる様に進めた。
まず、平成26年度は、膜タンパク質解析用のMEMS流路デバイスを開発し、巨大化大腸菌膜タンパク質の機能のリアルタイム測定を行った。またエバネッセント照明を導入し、光による駆動に必要な光学系の構築を行った。次に、平成27年度は、MEMS流路デバイスの巨大化大腸菌捕捉成功率の向上に取り組み、実験効率を大幅に改善するとともに、ATP駆動によるFoF1-ATP合成酵素のプロトン輸送活性の機能イメージングに成功した。最終年度である本年度は、MEMS流路デバイスを用いた計測システムにおける溶液交換手法の改良を行った。前年度までは流路内の溶液交換を手動で行っていたため、微細小孔に保持された巨大化大腸菌は溶液交換時に起きる流路の圧力変動により破壊されてしまうことが多く、効率的な実験を妨げていた。そこで、溶液交換に伴う圧力変化を補償する機構を考案・開発し、外部からの特別な制御なしに流路内の圧力をほぼ一定に保つことが可能となった。
改良したシステムを用いて流路内部溶液を反応溶液へと交換した後、エバネッセント光照射によりFoF1-ATP合成酵素が駆動されるか評価・検討を行った。結果としては、FoF1-ATP合成酵素の活性は検出されなかった。電気化学ポテンシャルの形成に必要なエネルギーを十分に供給できていないことなどが原因と考えられる。今後の課題として、ATP合成に必要な自由エネルギー濃度を下げるなどの溶液条件を検討する必要性などが明確となった。
本研究の今後の発展は、光という電磁波によるモータータンパク質の機能操作への端緒を切り開き、生物学の研究を次世代のステージに押し上げるものと期待される。
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