2012 Fiscal Year Annual Research Report
核酸ナノ構造を活用した多元分子情報変換デバイスの創成
| Project Area | Development of Molecular Robots equipped with sensors and intelligence |
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| Project/Area Number |
24104002
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
齊藤 博英 京都大学, 白眉センター, 准教授 (20423014)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
遠藤 政幸 京都大学, 学内共同利用施設等, 准教授 (70335389)
鈴木 泰博 名古屋大学, 情報科学研究科, 准教授 (50292983)
瀧ノ上 正浩 東京工業大学, 総合理工学研究科(研究院), 講師 (20511249)
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| Project Period (FY) |
2012-06-28 – 2017-03-31
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| Keywords | 分子ロボティクス / リポソーム / DNAナノ構造体 / RNA / 自律性 / 人工細胞モデル / 人工レセプター / 少数分子化学反応 |
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| Research Abstract |
近年、核酸やタンパク質などの生体高分子を設計し、目的の機能構造体を作製する分子デザイン技術の開発が世界的に進展している。しかしながら、これらデザインした分子集合体をシステムとして組み上げ、様々な環境変動に応答して望みの動的挙動を実現する「分子ロボット」の創成には至っていない。本研究では、「感覚機能」を備えた分子ロボットを作製するため、様々な入力シグナルを1分子レベルで検知し、目的の内部情報へと自在に変換できる「多元分子情報変換デバイス」を構築することを目指す。
今年度は、齊藤・遠藤の共同研究により、RNAによるナノ構造構築と高解像度観察に成功し、構築した多元分子情報変換デバイスの構造情報を精度よく解析する仕組を構築することに成功した。遠藤は、分子ロボットのセンサーとなる人工レセプター構造体の構築を検討し、2つのドメインに分かれたDNAオリガミ構造体を設計し構築した。また、制御可能な転写系の構築を行った。さらに、プロモータ部位の一部を欠損した鋳型となるDNA鎖を合成し、欠損配列を導入すると、その結合によって転写を活性化できる系を構築した。また、瀧ノ上・齊藤の共同研究により、小分子・核酸・タンパク質・光・pHなどから核酸へ分子的に情報変換する反応系のデザインと、DNA/RNAナノ構造との連結に関してのシステムデザインが完了した。これにより、外部環境情報をセンシングする汎用的なメカニズムと情報変換に関して、目処が立った。鈴木は、ノイズ除去を行うための化学反応系の設計について、少数分子の非線形化学反応の特性を用いる方法とレセプターのリガンド結合様式を模した法を考案し、さらに、線形と線形の”間”に相当するメゾ非線形を提案した。また、他班との連携として、瀧ノ上・村田・野村らによって、DNAによるマイクロカプセルの開発が進展した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初研究計画に記載した、RNAによるナノ構造構築と高解像度観察に成功し（齊藤、遠藤）、小分子・光などから核酸への情報変換デバイスのデザイン（瀧ノ上、齊藤）や、ノイズ除去メカニズムの考案とシミュレーション（鈴木、瀧ノ上）に成功している。また、分子ロボットのセンサーの第一歩となる、人工レセプター構造体の構築も行い、転写活性化の制御法が開発できた（遠藤）。このように、班メンバー間の共同研究が進展しており、このまま研究を推進することで順調に研究計画を遂行することが可能である。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は共同研究をさらに推進し、目的に掲げた「感覚機能」を備えた分子ロボット作製のための基盤技術開発に挑む。
具体的には、光に応答するRNAナノ構造体の作製（齊藤、瀧ノ上）、DNAナノ構造体のリポソーム膜への埋め込み（遠藤、齊藤）、マイクロカプセル内での情報変換（瀧ノ上、齊藤）、分子ロボティクスのための理論・シミュレーション解析と実験との融合技術を開発する（鈴木、瀧ノ上）。また、人工レセプターにセンシング部位を導入し、検出対象に対してその応答を検討し、これらを脂質2重膜(ベシクル)に貫通させて導入して、その応答性と機能を検討する（遠藤）。さらに、ベシクル内での制御可能な転写・翻訳系の構築を行う（遠藤）。また、新学術領域の他班との連携として、自律運動するマイクロゲルロボットの構築（瀧ノ上、知能班・原）、DNAマイクロカプセルの構築（瀧ノ上、スライム班・村田、アメーバ班・野村）などを推進していく計画である。
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[Journal Article] Integrated Clinical, Pathologic, Virologic, and Transcriptomic Analysis of H5N1 Influenza Virus-Induced Viral Pneumonia in the Rhesus Macaque2012
Author(s)
Shinya K, Gao Y, Cilloniz C, Suzuki Y, Fujie M, Deng G, Zhu Q, Fan S, Makino A, Muramoto Y, Fukuyama S, Tamura D, Noda T, Eisfeld AJ, Katze, MG, Chen H, Kawaoka Y
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Journal Title
Journal of Virology
Volume: 86
Pages: 6055-6066
DOI
Peer Reviewed
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