[スポンサーリンク]

スポットライトリサーチ

生体分子機械の集団運動の制御に成功:環境適応能や自己修復機能の発見

[スポンサーリンク]

第242回のスポットライトリサーチは、井上 大介 博士にお願いしました。

井上さんは博士課程で在籍しておられた北海道大学理学研究院にて、本論文研究に取り組まれました。その後は興味深いキャリアを歩まれ、現在は九州大学大学院芸術工学院でPIとして勤務されています。経歴をご覧いただければ一目瞭然ですが、バイオアートなどもご専門であり、極めてユニークな視点から化学を眺めることが可能な方だと見受けられます。今回の成果は分子ロボットの制御に関するものであり、ACS Nano誌原著論文とプレスリリースにて公表されています。

“Adaptation of Patterns of Motile Filaments under Dynamic Boundary Conditions”
Inoue, D.; Gutmann, G.; Nitta, T.; Kabir, A. M. R.; Konagaya, A.; Tokuraku, K.; Sada, K.; Hess, H.; Kakugo, A. ACS Nano 2019, 13, 12452-12460.
doi:10.1021/acsnano.9b01450

井上さんを指導された角五 彰 准教授から、人物評を下記のとおり頂いています。相当に独自性の高い領域を見据えておられるようで、画期的な取り組みが今後とも期待される方かと思われます。

井上君ですが、彼は、何があっても目標を見失わない非常にタフな精神力の持ち主です。失敗してもすぐに立ち直れるだけでなく、失敗から学びの重要性もよく理解しています。また、どんな分野のサブジェクトにも興味をもっており、どん欲に学ぼうという姿勢も高く評価できます。このようなタフさとどん欲さが彼の今の成果に繋がっているのだと思われます。彼には、芸術的なセンスもあり、サイエンティフィックアートから漫画・イラストレーションまで幅広く描ける画才も有しており、サイエンス分野だけでなく芸術分野での活躍も大いに期待できます。

Q1. 今回プレスリリースとなったのはどんな研究ですか?簡単にご説明ください。

分子機械は,化学エネルギーで駆動する超小型の機械です。優れたエネルギー変換効率と高い比出力特性を有しているため,分子群ロボットや超小型デバイスの動力源として期待されています。現在、実用化に向け、分子機械の操作技術の確立が求められています。今回、我々は生体工学により分子機械を作り(図1)、自走する約1億個の分子機械に伸張や圧縮などの単純な物理刺激を加えることで、分子機械の集団運動パターンを制御することに成功しました (図2a-d)。この微小管の集団運動パターンは,新たな物理刺激を与えることにより変調することも可能で,微小管の配列に欠陥が生じても自己修復されることも分かりました。(図2e,f)。本成果は,省エネルギーな超小型デバイスの実現を前進させるだけでなく,我々が開発してきた分子群ロボット制御への応用も期待されます。

図1: (a) 本研究で用いた分子機械は,生体工学により作られたタンパク質「キネシン」と「微小管」から構成されている。伸縮可能なソフト基板表面にキネシンを固定し,化学エネルギー(ATP)存在下で微小管を基板上で自走させている。(b) 基板を伸縮させることで,基板表面で自走する約1億個の微小管に伸縮刺激を与え、その運動を制御した。

図2: 様々な伸縮刺激により微小管の集団運動を制御可能。その運動モードに基づき、大規模な幾何学的パターンが創発する。(a) 伸縮刺激を印可する前のウェーブ状パターン。(b-d) 伸縮刺激印可後の微小管パターン形成。(b)伸縮軸に対して垂直方向に配列して動く微小管(一回伸縮, 伸び率:75%,伸縮速度1.2%/s)。(c)対角線上に並んで動く微小管(繰り返し伸縮, 伸び率:20%,伸縮周波数0.5Hz)。黒い両矢印は伸縮軸を示す。スケールバー:50 μm。(d) ソフト基板の中心を突き上げることで、等方的な伸縮刺激を微小管に印可し得られた微小管の同心円状配列。スケールバー:1 mm。(e) 新たな刺激を与えたことによる微小管の運動モードの変調。繰り返し伸縮刺激により,対角線上に並んで動く微小管に対し,より大きな伸縮刺激を与えた。刺激後,微小管は伸縮軸に対して垂直方向に並んで動く。スケールバー:50μm。(f)同心円状配列内に生じた欠陥の自己修復。同心円に並ぶ微小管の一部を削り,破損させた(黒破線の右側)。破損部位は,欠陥部位の周囲の微小管によって時間と共に自己修復された(青破線は修復部位の前線)。スケールバー:250μm。

Q2. 本研究テーマについて、自分なりに工夫したところ、思い入れがあるところを教えてください。

蛍光顕微鏡によるイメージングにはかなりこだわりました。本研究の分子機械は、幾何学的で美しいパターンを形成します。人を魅せる画像を取得するため(実験の再現性確認も兼ねて)、同じ実験を1カ月間ひたすら繰り返しました。また、微小管に伸縮刺激を与えるために用いた伸展装置の設計上、顕微鏡に搭載されている自動焦点維持機能が使えなかったため、動画取得の際は4時間以上もの間、顕微鏡の焦点調節ハンドルから手を放さず、手動で焦点を維持し続けました。

Q3. 研究テーマの難しかったところはどこですか?またそれをどのように乗り越えましたか?

過去に分子機械に伸縮刺激を与え、顕微鏡上で観察する系自体が全くなかったため、装置を一から設計し、試験と改良を何度も繰り返し、ようやく実用できるレベルのものを完成させました。
また、研究を始めた当時、キネシンにより微小管の集団運動を得る方法が分かっていなかったため、様々な条件検討を行い、世界で初めて実現しました。

Q4. 将来は化学とどう関わっていきたいですか?

私自身は、化学専門ではありませんが、生物学、物理学、デザイン学など化学とは異なる視点からアイディアを提案し、化学分野の新境地を開拓していきたいと思います。逆に、化学から得られたミクロな世界のアイディアを異なる学問分野、特にマクロなスケールのデザインに応用していきたいと考えています。

Q5. 最後に、読者の皆さんにメッセージをお願いします。

私はこれまで、生物学、化学、物理学、水産学と様々な分野の研究に関わってきました。逆に言うと、正直どの分野の専門でもありません。今度は新たにデザイン学の分野に踏み込もうとしています。私がこれまで研究してきた、分子機械の自己組織化から得た知見を基にして、人間社会にも応用可能な新たなデザインを提案したいと思います。前人未踏、うまく行くかどうか、そもそも何ができるのかも分かりませんが、荒野を開拓する気持ちで頑張りたいと思っています。私と同世代の若い研究者の方も、ぜひ、これまでの固定概念や学問分野の壁にとらわれず、自由に各々の世界を作り上げていきましょう!

研究者の略歴

名前:井上 大介 (Inoue, Daisuke)
所属: 九州大学 大学院芸術工学研究院 デザイン人間科学部門 Cytoskeletal Architecture & Bio Assembly Lab
専門分野:生物物理学、マイクロ・ナノテクノロジー、バイオアート
現在のテーマ:マイクロスコピックな生物的自己構築のマクロなデザインへの応用

2015年 北海道大学大学院総合化学院 卒業 博士(理学)
2015年-2016年 北海道大学大学院理学研究院 日本学術振興会特別研究員PD
2015年-2016年 フランス原子力代替エネルギー庁 博士研究員
2016年-2016年 パリディドロ大学(パリ第7大学)・サンルイ病院 博士研究員
2016年-2018年 フランス原子力代替エネルギー庁 博士研究員
2018年-2019年 アリゾナ州立大学バイオデザイン研究所 博士研究員
2019年-現在 九州大学大学院芸術工学研究院デザイン人間科学部門 卓越研究員 助教

cosine

cosine

投稿者の記事一覧

博士(薬学)。Chem-Station副代表。現在国立大学教員として勤務中。専門は有機合成化学、主に触媒開発研究。
関心ある学問領域は三つ。すなわち、世界を創造する化学、世界を拡張させる情報科学、世界を世界たらしめる認知科学。
素晴らしければ何でも良い。どうでも良いことは心底どうでも良い。興味・趣味は様々だが、そのほとんどがメジャー地位を獲得してなさそうなのは仕様。

関連記事

  1. OPRD誌を日本プロセス化学会がジャック?
  2. コンピューターが有機EL材料の逆項間交差の速度定数を予言!
  3. ケムステが化学コミュニケーション賞2012を受賞しました
  4. Dead Endを回避せよ!「全合成・極限からの一手」③
  5. Dead Endを回避せよ!「全合成・極限からの一手」⑧(解答編…
  6. 論文引用ランキングから見る、化学界の世界的潮流
  7. 有機アジド(3):アジド導入反応剤
  8. 【書籍】化学探偵Mr.キュリー3

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. 狙いを定めて、炭素-フッ素結合の変換!~光触媒とスズの協働作用~
  2. 第105回―「低配位有機金属錯体を用いる触媒化学」Andrew Weller教授
  3. 広瀬すずさんがTikTok動画に初挑戦!「#AGCチャレンジ」を開始
  4. 金属水素化物による還元 Reduction with Metal Hydride
  5. Nature Chemistry:Research Highlight
  6. 海の生き物からの贈り物
  7. なんと!アルカリ金属触媒で進む直接シリル化反応
  8. 有機合成化学の豆知識botを作ってみた
  9. ラジカルと有機金属の反応を駆使した第3級アルキル鈴木―宮浦型カップリング
  10. グルタミン酸 / Glutamic Acid

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2020年1月
« 12月   2月 »
 12345
6789101112
13141516171819
20212223242526
2728293031  

注目情報

注目情報

最新記事

元素手帳2022

毎年これが届くと、ああもう今年も終わりかあと思うようになりました。そう、読者…

ダイセル発、にんにく由来の機能性表示食品「S-アリルシステイン」

株式会社ダイセルは、カラダの疲れを感じている方のための機能性表示食品「S-アリルシステイン」を消費者…

Delta 6.0.0 for Win & Macがリリース!

NMR解析ソフトDeltaの最新版6.0.0がリリースされました!&nb…

こんなのアリ!?ギ酸でヒドロカルボキシル化

可視光レドックス触媒によるギ酸を炭素源としたヒドロカルボキシル化が開発された。チオール触媒を介したラ…

ポンコツ博士研究員の海外奮闘録 ケムステ異色連載記

本稿は,世間一般にほとんど知られていない地方私立大学で学位を修了し,エリートでもなく何も成し遂げてい…

新型コロナの飲み薬モルヌピラビルの合成・生体触媒を用いた短工程化

新型コロナウイルス (SARS-CoV-2) 感染症に対する飲み薬として、Merck…

秋吉一成 Akiyoshi Kazunari

秋吉 一成(あきよしかずなり)は日本の有機化学者である。京都大学大学院 工学研究科 高分子化学専攻 …

NIMS WEEK2021-材料研究の最新成果発表週間- 事前登録スタート

時代を先取りした新材料を発信し続けるNIMS。その最新成果を一挙ご紹介する、年に一度の大イベント「N…

元素記号に例えるなら何タイプ? 高校生向け「起業家タイプ診断」

今回は化学の本質とは少し離れますが、元素をモチーフにしたあるコンテンツをご紹介します。実験の合間…

多価不飽和脂肪酸による光合成の不活性化メカニズムの解明:脂肪酸を活用した光合成活性の制御技術開発の可能性

第346回のスポットライトリサーチは、東京大学 大学院総合文化研究科(和田・神保研究…

Chem-Station Twitter

実験器具・用品を試してみたシリーズ

スポットライトリサーチムービー

PAGE TOP