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動いて並んでつながって。タンパク質が幾何学模様に!

 
~プログラムされた分子が自発的にナノ模様を形成~

公開日:2022.01.06

 

研究成果 Physics & Chemistry

要点

  • タンパク質が自発的に動いて相手を選びながら模様をつくる
  • タンパク質の部品を変えるだけで模様の種類を制御できる
  • タンパク質を魚の群れのように操る分子ロボットの作成技術につながる

 東京工業大学 生命理工学院 生命理工学系の菊池幸祐大学院生と上野隆史教授、古田忠臣助教のグループは、九州大学 大学院理学研究院の前多裕介准教授、福山達也研究員(当時)、名古屋大学/自然科学研究機構生命創成探究センターの内橋貴之教授の研究グループと共同で、タンパク質の部品を組み換えることで目的のナノ模様をつくりだすことに成功した。
 タンパク質集合体(用語1)は、持続可能なナノマテリアルや生体内ではたらく分子ロボットの素材として注目されているが、望みの模様をつくりだすことは困難とされていた。本研究では棒状の構造を有するタンパク質に着目し、その両末端を改造することで分子をプログラムし、三角形格子や横並び状態、ファイバー構造などの二次元ナノ模様の作り分けに成功した。
 今回の二次元ナノ模様は、タンパク質の群れが動きまわりながら相手を見つけ、連結していくことによって形成される。したがって、これまで分子レベルでは実現されてこなかった、イワシやムクドリの群れのようなアクティブマター(用語2)としてのタンパク質の利用が見込める。さらに、タンパク質が模様の欠陥をみずから修復して整列していく様子も確認されており、生体適合性の自己回復フィルムやタンパク質由来のウェアラブルデバイスをはじめとする、次世代スマート材料(用語3)としてさらなる応用が期待される。
 本成果は、新学術領域「発動分子科学」と文部科学省科研費の支援によるもので、ナノマテリアル分野において最も権威のある学術誌のひとつである「スモール(Small、Wiley-VCH誌)」のオンライン版で1月6日に公開された。

図1. プログラムされた分子による自発的なナノ模様形成のイメージ図

用語説明

(1) タンパク質集合体:タンパク質同士の相互作用によって複数のユニットが集まり、より大きなサイズや高度な機能をもつようになったもの。

(2) アクティブマター:魚や鳥、細胞、タンパク質など、自発的に運動しながらも集団として秩序だった行動パターンをみせる物質のこと。

(3) スマート材料:周囲の環境や刺激を知覚・判断し、それをもとに適切な行動を起こす機能素材。

論文情報

タイトル: Protein Needles Designed to Self-assemble through Needle Tip Engineering
著者名: K. Kikuchi, T. Fukuyama, T. Uchihashi, T. Furuta, Y. T. Maeda, T. Ueno
掲載誌: Small
DOI: 10.1002/smll.202106401      

研究に関するお問い合わせ先

理学研究院 前多 裕介 准教授