2016 Fiscal Year Annual Research Report
Artificial photosynthesis system constructed on DNA nanoreactor
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15H05492
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
中田 栄司 京都大学, エネルギー理工学研究所, 准教授 (70467827)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | DNAナノ構造体 / DNAナノリアクター / 多段階物質変換反応 / 人工光合成システム / 共有結合型アダプター / モジュール型アダプター |
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| Outline of Annual Research Achievements |
酵素や人工分子で構築される複数の反応点を一分子レベルで厳密に制御して配置した反応場「ナノリアクター」をDNAを足場として構築し、複数の反応点が連携する多段階物質変換反応を高効率化するためのDNAナノリアクターの設計原理を見出すことが研究の目的である。そのためには、複数の反応点の空間位置を一分子レベルで様々に変化させて配置し、その配置が反応効率に及ぼす影響を系統的に評価していく。例えば、距離や配向・分子数などのパラメータが多段階物質変換反応に同様に影響するかを明かにし、高効率な多段階物質変換反応を進行させるための設計原理を確立する。
昨年度は、二段階酵素反応についてその空間距離が反応効率にどのように影響するのかを明らかとした。本年度は、本研究を三段階酵素反応へと展開するために必須となる酵素の配置方法の拡張をおこなった。これまでにDNAナノ構造体上の特定の場所に酵素を定量的に配置する技術として、「共有結合型アダプター」の開発に成功している。これを複数の酵素に展開するためには、直交性を有する「共有結合型アダプター」の開発が必須であった。そこで共有結合型アダプターを構成するモジュールを組み合せ、複数種類の直交性共有結合型アダプターの候補を設計・評価し、最終的に3種類の直交性を有する共有結合型アダプターを開発した。さらに今後共有結合型アダプターをさらに拡張するための設計原理を見出すことにも成功し、合理的な設計戦略を獲得した。実際に、開発した直交性を有する共有結合型アダプターを組み合わせた三段階酵素反応システムを構築し、その酵素間距離依存性を評価したところ、三段階酵素反応においても酵素間距離が反応効率の高効率化に重要なパラメータであることを明らかとすることができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
DNAナノリアクター構築において必須となる複数の酵素をDNAナノ構造体上に定量的に配置する技術「モジュール型アダプター」の開発に成功し、その合理的な設計原理を開発することに成功している。このモジュール型アダプターは、共有結合によりDNAナノ構造体上に酵素を配置することができる。そのため、複数種類の酵素を配置した場合でもそれぞれほぼ定量的に配置することができ、結果、複数種類の酵素が配置されたDNAナノリアクターを高収率に獲得することができるようになった。そのおかげで、これまでDNAナノ構造体上では希少な評価例しかなく、かつ定性的な議論に留まっていた三段階酵素反応を定量的に評価することが可能となったことがその理由として挙げられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
ひきつづき、DNAナノ構造体上に酵素を配置する技術であるDNA結合性アダプター法を拡張しながら、人工分子とも組み合わせた多段階反応システムの構築をおこなっていく。これまでに酵素間距離をパラメータとした多段階反応システムの高効率化を達成してきたが、配向や分子数もパラメータとして多段階反応システムの高効率化を目指した設計原理の導出をおこなっていく。
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