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研究の内容

研 究 の 概 要

 ATP合成酵素やべん毛モーターなど、膜超分子モーターに関する研究は、化学反応やイオン流に伴うダイナミックな構造変化を原子レベルで詳細に議論する先端的なタンパク質科学へと発展した。

本領域研究は、自ら革新的なナノテクロジー技術を開発・活用している若手研究者を集結し、この研究分野をナノバイオの先導的な領域に押し上げることを目指している。

この目的を達成するために新たに導入する技術は、マイクロ・ナノ加工技術、1分子3次元計測技術、1分子膜タンパク質可視化技術、超分子構造解析技術、そしてタンパク質の大規模な構造変化とそれに伴う電子状態を計算する先端的分子シミュレーション技術などである。

 

革新的ナノバイオ技術の開発

 本領域研究では、マイクロ・ナノ加工技術や、光学顕微鏡技術、そして大規模計算シミュレーション化学の専門家が結集し、革新的な1分子ナノバイオ技術の開発を行う。

例えば、

 ・ 膜タンパク質の1分子計測技術

 ・ 3次元で分子の動きを計測できる1分子顕微鏡と1分子の蛍光偏光面を測定する顕微鏡

 ・ マイクロ・ナノデバイスを利用した超高感度検出技術と平面膜チップの開発

 ・ 分子シミュレーションと組み合わせた量子化学計算

などがこれに相当する。

平面膜

膜タンパク質の1分子計測プラットフォームとしての平面膜デバイス
測定例

3次元で分子の動きを計測できる1分子顕微鏡を用いた回転運動の画像解析

 

分野融合による創造的共同研究の促進

上に述べたとおり、本領域内では、数々の革新的ナノバイオ技術を開発するが、さらにそれらを組み合わせた創造的な共同研究を促進する。

例えば、

 ・ 1分子操作と超微小溶液チャンバーと組み合わせたモーターの反応効率測定

 ・ 1分子操作と1分子蛍光偏光測定を組み合わせた触媒サブユニットの構造変化検出

 ・ マイクロ流体デバイスを用いたモーターの制御機構の研究

 ・ 膜タンパク質の1分子計測技術を用いたべん毛モーターの運動計測

 ・ 1分子計測と分子シミュレーションの連携研究

など、複数の研究計画を列挙することができる。

 

      分野融合による創造的共同研究クラスター


本特定領域の研究項目

 

  研究項目A01 膜超分子モーターの分子機構の解明

 ATP合成酵素、べん毛モーターの駆動原理と制御メカニズムについて研究する。主として活用するのは1分子ナノバイオ技術であるが、目標達成のために生化学、分子遺伝学などの技術を総動員する。

また、A02のグループが開発する技術を積極的に取り入れて、新しい測定を試みる。

得られた実験結果は領域全体に還元し、特にA03のグループと共同してその構造的基盤を探る。

  研究項目A02 膜超分子モーターを解析する1分子ナノバイオ技術の創出

 新しい1分子ナノバイオ技術を精力的に開発する。そして、これを用いてA01と連携して膜超分子モーターの分子機構を解明する。

開発する技術は、現在計画している3次元1分子計測技術、1分子蛍光偏光測定、超微小溶液チャンバーのための溶液交換システム、平面膜チップ、巨大リポソーム作成アレイ、高周波電界を用いた1分子操作技術などであるが、A01の進展と呼応して発展を図る。

  研究項目A03 構造解析と分子シミュレーション

 べん毛トルク発生ユニットの結晶構造解析、超分子構造の電子顕微鏡解析にくわえ、膜超分子の原子構造に基づいた分子動力学シミュレーションと量子化学計算を実施する。

構造解析では、A01が作成する試料を積極的に使用し、シミュレーションではA01及びA02が実施する1分子計測実験の結果を再現・検証する。


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