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1分子生物物理学 / bioMEMS / 1分子計測 / CRISPR-Cas / デジタルバイオロジー

昨今、新型コロナウイルス(SARS-CoV-2)の世界的な流行に伴い、汎用的なウイルス感染診断法の確立が急務とされている。従来の感染診断では、ウイルス由来のRNAやDNAをPCRなどで増幅し検出する方法と併せて、タンパク質抗原を抗体反応により検出する方法が主流であったが、それらは一般的に、感度・精度・計測時間の何れかにおいて技術的な欠点を内在しており、大量の検体を高効率・高感度・高精度に解析し、感染診断につなげることが困難な状況にあった。この現状を打破すべく、本研究では、独自の生体分子のデジタル検出技術に、核酸検出酵素であるCRISPR-Cas13aを実装することで、ウイルス由来のRNAを1分子単位で高感度・高精度・短時間に解析できる新規技術の開発を目的としている。

今年度は、1)自動分注装置と蛍光顕微鏡を組み合わせた全自動検出装置の開発、2) 新種のCas13a(LtrCas13a)を核酸検出へ応用、3)磁気ビーズを用いた濃縮法の開発により、RT-qPCRと同等かそれ以上の感度でかつ9分以内にSARS-CoV-2を全自動検出できる新規技術の確立に成功した。また、Cas13aによる核酸検出の鍵であるガイドRNAの配列最適化により、変異株に特徴的な1塩基変異を識別して、検出することが可能となり、ひいては、alpha, beta, delta, omicron株などの変異株の迅速判定も可能となった。更に、臨床検体を用いた実証実験を行い、陽性判定、変異株判定ともに98%以上の正解率を達成した。

1分子生物物理 / ナノバイオ / ATP合成酵素 / 生体エネルギー / マイクロチャンバー / 1分子計測 / 表面プラズモン / 膜チャンバー / トランスポーター / 1分子計測・操作 / 分子モーター / ＡＴＰ合成 / 表面増強ラマン / 1分子観察

F1-ATPaseの分子機構に関し大きな進展があった。細胞内制御に係わる阻害状態への遷移する機構の解明に加え、加水分解とリン酸解離の角度が異なることを明らかとした。また、ATPのリン酸部部分との相互作用がトルクに直接寄与することを明らかにした。ナノロッドの異方性散乱を用いた超高速1分子計測技術を確立し、F1に加えキネシンの新しい反応中間体を発見することに成功した。また、超微小リアクタを脂質二重膜でシールした膜チャンバー技術を開発し、1分子のATP合成酵素のプロトン輸送活性測定に成功した。以上の通り、ATP合成酵素に関する根源的理解を進め、普遍的な新しい1分子計測技術を確立した。

【研究分担者】
野田岳志	京都大学	医生物学研究所	教授	(Kakenデータベース)
西増弘志	東京大学	先端科学技術研究センター	教授	(Kakenデータベース)
武内寛明	東京医科歯科大学	大学院医歯学総合研究科	准教授	(Kakenデータベース)