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2012 Fiscal Year Annual Research Report

コヒーレントX線と計算機実験の融合利用による生体分子ー水界面構造の解明

Research Project

Project/Area Number 22540424
Research Institution公益財団法人高輝度光科学研究センター

Principal Investigator

城地 保昌  公益財団法人高輝度光科学研究センター, XFEL研究推進室, 研究員 (30360415)

Project Period (FY) 2010-04-01 – 2013-03-31
Keywords生物物理 / 構造解析 / 溶液構造 / コヒーレントX線回折イメージング / 水和
Research Abstract

生体物質は、環境媒体である水中で機能する。生体物質の機能を物理化学的に理解するためには、溶液中の構造とその物性を解明することが不可欠である。本研究は、X線自由電子レーザー(XFEL)施設SACLAの利用実験により今後の発展が期待されるコヒーレントX線回折イメージング法と、高精度計算科学を組み合わせることにより、溶液中における生体物質の構造と物性を解明するための解析手法を開発することを目的とした。平成24年度は、下記に示す通り、SACLA利用実験による溶液中おける生体物質の可視化という成果を得た。
パルス状コヒーレントX線溶液散乱(PCXSS)実験により、北海道大学の西野吉則教授等が成し遂げた、溶液内の“生きた”マイクロバクテリアのイメージングに貢献した。具体的には、本研究課題により開発したモデル構造の回折像シミュレータを用いて、西野教授らがSACLAの利用実験で取得した回折パターンが、溶液中の約200ナノメートルの幅をもつマイクロバクテリア1個からのものであることを検証した。また、平成23年度までに本研究課題により開発した位相回復ソフトウェアを利用して、この回折像から約37nm分解能の2次元イメージングに成功した。
以上のように、平成24年度は、本研究課題で開発したソフトウェアを用いて、当初の目標であったSACLA実験データの解析による溶液中生体物質の構造解析を達成することが出来た。一方で、現在一般に用いられている位相回復法は、実際の実験データに適応するには不完全であることも明らかになった。本課題終了後の重要な課題は、現実に即した位相回復法の高度化などにより、実験から得られるシグナルを最大限生かしたイメージング手法を開拓することである。

Current Status of Research Progress
Reason

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (10 results)

All 2012 Other

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (5 results) (of which Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Chromosomes without a 30-nm chromatin fiber2012

    • Author(s)
      Y. Joti, T. Hikima, Y. Nishino, F. Kamda, S. Hihara, H. Takata, T. Ishikawa and K. Maeshima
    • Journal Title

      Nucleus

      Volume: 3:5 Pages: 404-410

    • DOI

      doi:10.4161/nucl.21222

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] X 線自由電子レーザー施設SACLAと次世代スパコン京の連携による生命科学研究と微小結晶構造解析2012

    • Author(s)
      矢橋牧名,城地 保昌
    • Journal Title

      内分泌・糖尿病・代謝内科

      Volume: 35 Pages: 565-571

    • URL

      http://jglobal.jst.go.jp/public/20090422/201302209745167757

  • [Journal Article] X 線自由電子レーザー、SACLA のコミッショニングと実現された光源性能2012

    • Author(s)
      田中 均,Arnaud Amselem,青柳 秀樹,安積 隆夫,浅野 芳裕,安積 則義,石井 健一,石井 美保,石橋 一憲,糸賀 俊朗,稲垣 隆宏,犬伏 雄一,井上 忍,惠郷 博文,大島 隆,大竹 雄次,大橋 治彦,大端 通,小竹 拓也,小野 峻,甲斐 智也,籠 正裕,亀島 敬,家納 寛,木村 洋昭,桐原 陽一,清道 明男,工藤 統吾,小林 和生,小林 利明,近藤 力,後藤 俊治,呉 樹奎,櫻井 辰幸,佐治 超爾,佐藤 尭洋,Xavier Marechal,白澤 克年,城地 保昌,杉本 崇,鈴木 伸介,清家 隆光,高橋 直,武部 英樹,竹下 邦和,田尻 泰之,田中 信一郎,田中 隆次,田中 良太郎,張 超,塚本 宜史,富樫 格,渡川 和晃,冨澤 宏光,登野 健介,成山 展照、初井 宇記,花木 博文,原徹,長谷川 太一,長谷川 照晃,広野 等子,備前 輝彦,深見 健二,福井 達,古川 行人,細田 直康,前坂 比呂和,前田 大輔,前田 雄亮,益田 邦和,町田 武彦,松井 佐久夫,増田 剛正,松下 智裕,松原 伸一,松本 崇博,南 潤一朗,森永 拓也,矢橋 牧名,柳田 謙一,山鹿 光裕,山下 明広,山下 雅史,山本 龍,新竹 積,北村 英男,熊谷 教孝,石川 哲也
    • Journal Title

      日本加速器学会誌「加速器」

      Volume: 9 Pages: 60-71

    • URL

      http://jglobal.jst.go.jp/public/20090422/201202255098016231

  • [Journal Article] A compact X-ray free-electron laser emitting in the sub-ångström region2012

    • Author(s)
      T. Ishikawa, et al.
    • Journal Title

      Nature Photonics

      Volume: 6 Pages: 540-544

    • DOI

      10.1038/NPHOTON.2012.141

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] ヒトゲノムDNAの不規則で柔軟な収納原理2012

    • Author(s)
      前島 一博、他
    • Journal Title

      日本生物物理学会誌

      Volume: 53 Pages: 004-010

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] SACLAにおけるコヒーレント回折イメージング手法の開発

    • Author(s)
      城地 保昌
    • Organizer
      第18回ビジュアライゼーションカンファレンス
    • Place of Presentation
      タイム24ビル(東京)
    • Invited
  • [Presentation] Towards Synergistic Use of SACLA and K Computer for Bio-Molecular Imaging

    • Author(s)
      Y. Joti
    • Organizer
      5th International Workshop on FEL Science
    • Place of Presentation
      Gyeongju, Korea
    • Invited
  • [Presentation] パルス状X線溶液散乱法による溶液中試料構造の解析

    • Author(s)
      木村 隆志、他
    • Organizer
      第26回日本放射光学会年会放射光化学合同シンポジウム
    • Place of Presentation
      名古屋大学(名古屋)
  • [Presentation] SACLA用Multi-port CCD検出器システムの概要

    • Author(s)
      亀島 敬、他
    • Organizer
      第26回日本放射光学会年会放射光化学合同シンポジウム
    • Place of Presentation
      名古屋大学(名古屋)
  • [Presentation] XFELを用いた3次元分子イメージングのための雑音下における2次元回折像の類似度自動同定

    • Author(s)
      徳久 淳師、他
    • Organizer
      第50回日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      名古屋大学(名古屋)

URL: 

Published: 2014-07-24  

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