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本研究では、単純なスイッチのON/OFFを超え、人工細胞内部・形状がダイナミックに変化し、それにともない機能ONや増強が生じるような反応の実装を目指した。28年度は、申請者らが開発した浸透圧を用いた人工細胞外部の圧力制御と高分子濃度上昇を駆動力としたタンパク質合成システムの機能発現を組み合わせ、浸透圧によって内部生化学装置がONとなる人工細胞の構築を行った。
結果として、適切な外部溶液条件の発見により、浸透圧強度に応じて内部転写翻訳装置がONとなる人工細胞の構築に成功した。この外部制御による転写翻訳装置の活性化は、細胞の抽出液系を用いた場合も、精製要素からなるPURE systemを用いた場合にも観察することができた。浸透圧によって変化する人工細胞の体積変化率は理論とほぼ一致しており、内部濃度の変化が機能のスイッチングをもたらしたと結論づけた。
さらに、浸透圧による形状変化にともなった内部生化学反応の制御として、人工エタノール合成の効率化に成功した。人工細胞のようなコンパートメント内における生化学反応は、材料の流入速度と最終産物の流出速度、内部の酵素濃度に比例する。浸透圧による変形はこの条件を全て満たすことに着目し、人工細胞に内包された人工エタノール合成系が浸透圧によって機能増強されることを確認した。結果、数値シミュレーションによる予測とほぼ一致するように、浸透圧に応じたエタノール合成量速度の上昇が観察された。また、本系により、人工細胞を用いて100 mMレベルの物質変換が可能であることが示された。
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