環境応答ＤＮＡと脂質膜小胞の融合による動的な細胞型分子ロボットの設計と構築

环境响应DNA与脂膜囊泡融合动态细胞型分子机器人的设计与构建

• 批准号: 14J10002
• 负责人: 森田 雅宗
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (2016)Tokyo Institute of Technology (2014-2015)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J10002/
• 关键词: 分子ロボット; DNA; DNAゲル; ドロップレット; リポソーム; DNAナノ構造; 人工細胞システム; 細胞サイズリポソーム; DNAコンピューティング

本年度は，DNAによる細胞サイズ小胞型分子ロボットの核となるボディの構築と形成メカニズムの解明及び反応系とのカップリングによる分子ロボットへの動的機能の付与について研究を行った．DNAによる細胞サイズ小胞型分子ロボットのボディの構築は，ハイブリダイゼーションすることによってゲル化する３つ塩基配列が異なるDNAを正電荷脂質に被われた細胞サイズの油中水滴(脂質膜小胞)内に封入，油中水滴の界面においてDNAの動的な自己組織化によって形成される．この形成過程において，ハイブリダイゼーションのためのアニーリングにおける冷却速度を制御することで，中空構造のDNAスフィア，さらには DNAスフィア中にGap構造が見られるDNAスケルトンの2種類のボディを作製することに成功，構造形成を制御することにも成功した．構造形成のメカニズムについても，形成過程のリアルタイム観察と解析，シミュレーションを用いて明らかにした．また，DNAスケルトンに外部から刺激を加えることで，構造を保持したままサイズを収縮させることができることを見出し，ダイナミクスを操作することが可能であることを示した．現在，DNAの塩基配列中にRNAを転写できる配列を付与，反応系とのカップリングによる分子ロボットへの動的機能の付与についても進行中である．さらには，DNAナノテクノロジーの技術を応用して，DNAオリガミを用いた研究についても進行中である．今後，DNAの塩基配列等を様々に組み替えることで，センシング機能やアクチュエータ機能を有する小胞型DNA分子ロボットの開発に発展させたいと考えている。

今年，我们开展了利用DNA构建和阐明细胞大小的囊泡型分子机器人核心体形成机制，以及通过与反应系统耦合赋予分子机器人动态功能的研究。使用DNA构建的细胞大小的囊泡型分子机器人的主体是细胞大小的油包水液滴（脂膜囊泡），其中通过杂交凝胶化的具有三种不同碱基序列的DNA被带正电荷的覆盖它是由 DNA 在油包水滴界面动态自组装形成的。在这个形成过程中，通过控制杂交退火过程中的冷却速率，我们成功地创造了两种类型的物体：中空的DNA球体和DNA球体中具有间隙结构的DNA骨架，我们还成功地控制了结构的形成。 。通过对形成过程的实时观察、分析和模拟，还阐明了结构形成的机制。他们还发现，通过对 DNA 骨架施加外部刺激，可以在保持结构的同时缩小尺寸，这表明操纵动力学是可能的。我们目前正在研究添加可以将RNA转录为DNA碱基序列的序列，并通过与反应系统耦合为分子机器人添加动态功能。此外，应用DNA纳米技术进行DNA折纸的研究也在进行中。未来，我们希望通过多种方式重新排列DNA碱基序列，开发出具有传感和执行功能的囊泡状DNA分子机器人。

项目成果

Microfluidic synthesis of cell-sized liposomes for construction of artificial cells

用于构建人造细胞的细胞大小脂质体的微流体合成

• 发表时间: 2015
• 作者: Masamune Morita;Masahiro Takinoue
• 通讯作者: Masahiro Takinoue

液滴製造デバイス、液滴の製造方法、リポソームの製造方法、固定具及び液滴製造キット

液滴制造装置、液滴制造方法、脂质体制造方法、夹具以及液滴制造套件

• 发表时间: 2015

Synthesis of Monodisperse Micro-Droplets Controlled by Co-Flowing Liquid Streams in Glass-Capillary Based Microfluidic Device

基于玻璃毛细管的微流控装置中共流液流控制的单分散微滴的合成

• 发表时间: 2015
• 作者: Masamune Morita;Masahiro Takinoue.
• 通讯作者: Masahiro Takinoue.

人工細胞間コミュニケーションのためのマルチコンパートメントベシクルの作製

创建用于人工细胞间通讯的多室囊泡

• 发表时间: 2015
• 作者: Moe Kato;Tatsuo Oji and Tatsuya Unuma;加藤萌・大路樹生・鵜沼辰哉;森田雅宗
• 通讯作者: 森田雅宗

遠心式マイクロ流体デバイスによる均一サイズ人工細胞モデル膜小胞の作製

利用离心微流控装置制备尺寸均匀的人工细胞模型膜囊泡

• 发表时间: 2014
• 作者: 森田雅宗;尾上弘晃;柳澤実穂;藤原慶, 齊藤博英, 瀧ノ上正浩
• 通讯作者: 藤原慶, 齊藤博英, 瀧ノ上正浩