【研究領域課題番号】18K19834 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

DNAナノテクノロジー / 分子ロボティクス / 人工細胞工学 / 生物物理学 / DNA液滴 / 人工細胞核 / 人工クロマチン / 人工核様体 / 分子ロボット / 人工細胞 / ソフトマター物理

【研究成果の概要】

DNAマイクロゲルの技術を応用して、人工的な細胞核様構造を作り、分子ロボットとするため、DNAマイクロゲル自己組織化技術に関して研究を実施した。DNAマイクロゲルは、化学合成の短鎖DNAで作製したY字型のDNAナノ構造を会合反応によりネットワーク状に集積させてゲル状にして作った。DNAがゲル粒子状態だけでなく液滴状態になることを発見した。DNA液滴の相転移や相分離の挙動の配列依存的な特性の制御に関する実験に成功した。外部からの分子刺激（タンパク質）によって、DNAゲルが相分離するパターンや分裂する現象などを示した。以上により、人工細胞核型分子ロボットの構築と制御の基礎が固まった。

【研究の社会的意義】

本研究により、通常、ゲル構造しか作らないと考えられていたDNAナノ構造が、ある条件下では、液-液相分離により、塩基配列でプログラムなDNA液滴（DNA droplet）を形成したり、粘弾性相分離によってポーラス状のカプセル構造を形成できることが分かった。また、タンパク質を集積させたり、タンパク質刺激によって構造を変化させたりすることができるため、分子センサーや人工オルガネラなどの新奇バイオナノテクノロジーの開拓に成功した。

【研究種目】挑戦的研究(萌芽)

【研究期間】2018-06-29 - 2020-03-31

【配分額】6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)

【研究分野】生命・健康・医療情報学

【研究領域課題番号】17H01813 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

DNAナノテクノロジー / 分子ロボティクス / 人工細胞工学 / 生物物理学 / ソフトマター / DNAゲル / DNAオリガミ / DNA液滴 / 分子ロボット / 人工生命 / 人工細胞 / マイクロ流体工学 / 人工生命・人工細胞 / マイクロ流路

【研究成果の概要】

DNAによる分子ナノシステムを細胞サイズまでスケールアップして自己組織化させ、DNA設計に由来するプログラマブルな動的分子システムである複製する非平衡動的なDNA人工細胞の構築のための基礎技術の開発を行った。まず、両親媒性化したDNAオリガミナノプレートでカプセル状のDNA人工細胞を構築した。次に、自律的に分裂できるDNAゲル人工細胞の構築を行った。外からのタンパク質の入力に応答して、混和に寄与しているリンカーDNAが切断されることによって、混和状態が解消され、細胞分裂や細胞核の分裂のような自律的な分裂を実現できることを実証した。

【研究の社会的意義】

本研究では、完全に設計されたDNA分子によってプログラマブルな動的なシステムの構築を目指した。プログラマブルであるということはコンピュータで設計・制御して作れるようになるということであり、材料設計やデバイス構築の方法論を革新するだけでなく、生命システムのような自律的かつ動的なシステムに関する大きな知見が得られるため学術的に意義がある。汎用的な方法論の構築とともに、将来的に、自律性・知性のあるナノ/マイクロロボット・スマート材料・スマート医薬等の開発に応用できると考えられる。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2017-04-01 - 2020-03-31

【配分額】16,380千円 (直接経費: 12,600千円、間接経費: 3,780千円)