モーター蛋白質駆動型の人工色素細胞による光学素子

基于运动蛋白驱动的人工色素细胞的光学装置

基本信息

批准号：
20651038
负责人：
平塚祐一
金额：
$ 2.05万
依托单位：
Japan Advanced Institute of Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2009
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は、モーター蛋白質の運動能を利用した魚類の色素細胞様の人工細胞を構築、生体分子で駆動する光学素子(ディスプレイ)を開発し、モーター蛋白質の応用研究の新展開を図ることである。ある種の魚類では体表を周囲の環境に応じ保護色化する。これは体表に存在する色素細胞(メラノフォア)内の色素顆粒が分散または凝縮することにより変化が生じている。メラノフォアには繊維状蛋白質である微小管が細胞の中心から放射線状に配置化されており(アスター構造)、色素顆粒がモーター蛋白質により微小管に沿って細胞中心または細胞周辺に運搬されることで凝集または拡散が起こり、その結果、見かけ上表面色が白または黒に変化する。本研究ではこのナノシステムを人工環境下に構築し、モーター蛋白質で駆動する光学素子を開発する。昨年度は、本研究の要素技術の一つ極性の揃った微小管アスターを微細加工技術とモータータンパク質技術を融合させガラス基板上にグリッド状に構築することに成功させた。本年度は、このアスター微小管上で色素顆粒をモータータンパク質により運搬させたメラノフォア様システムを人工環境下に構築すること取り組んだ。モータータンパク質として緑藻類・クラミドモナスの鞭毛から単離した鞭毛ダイニンを利用した。ガラス基板上に作成したアスター微小管上に色素顆粒を付加したダイニンとcagedATPを添加したところ、色素顆粒はアスター微小管全域に均一に分布し結合した。その後UVを照射しATPを放出させダイニンの運動を活性化すると、色素顆粒がダイニンの運動作用によりアスター中央に運搬され、マイクロチャンバの色変化を作り出すことに成功した。これは分子素子により駆動する微小機械といえ、ここまで複雑な人工的なナノシステムの構築例は世界的に見ても少ない。こうした分子レベルから構成される微小機械は今後のマイクロマシン技術の発展に大きく寄与すると期待している。

这项研究的目的是构建类似于鱼类色素细胞的人工细胞，利用运动蛋白的运动性，开发由生物分子驱动的光学元件（显示器），并致力于运动蛋白应用研究的新发展。根据周围环境的不同，某些鱼类的体表会呈现保护色。这种变化是由体表色素细胞（黑色素细胞）内色素颗粒的分散或凝聚引起的。黑色素细胞具有微管，微管是纤维状蛋白质，从细胞中心呈放射状排列（星状结构），色素颗粒通过运动蛋白沿着微管运输到细胞中心或细胞外围，发生团聚或扩散，从而产生明显的黑色素。表面颜色变为白色或黑色。在这项研究中，我们将在人工环境中构建这个纳米系统，并开发由运动蛋白驱动的光学元件。去年，我们结合微加工技术和运动蛋白技术，在玻璃基板上成功构建了具有均匀极性的微管紫苑，这是这项研究的基本技术之一。今年，我们致力于在人工环境中构建类似黑素细胞的系统，其中色素颗粒由紫苑微管上的运动蛋白运输。从绿藻衣藻的鞭毛中分离出的鞭毛动力蛋白被用作运动蛋白。当将含有色素颗粒的动力蛋白和笼状 ATP 添加到玻璃基板上制备的 aster 微管中时，色素颗粒均匀分布并结合到整个 aster 微管。然后，他们利用紫外线释放ATP并激活动力蛋白的运动，颜料颗粒通过动力蛋白的运动被输送到紫苑的中心，成功地在微室中产生了颜色变化。这可以说是一种由分子元素驱动的微型机器，在世界任何地方构建如此复杂的人工纳米系统的例子都很少。我们期望这些在分子水平上构建的微机械将为未来微机械技术的发展做出巨大贡献。