分子濃度場を検知し移動する，走化性機能を実装した細胞型分子ロボットの創出

打造具有趋化功能的细胞型分子机器人，可在分子浓度场中进行检测和移动

• 批准号: 18J00720
• 负责人: 佐藤 佑介
• 金额: $ 7.49万
• 依托单位: Tohoku University (2019)Tokyo Institute of Technology (2018)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18J00720/
• 关键词: DNAナノテクノロジー; 液-液相分離; 分子ロボティクス; 生物物理学; 生物物理; 液液相分離; DNAナノテクノロジー; 液-液相分離; 分子ロボティクス; 生物物理学; 生物物理; 液液相分離

走化性のような方向性を持った運動を実現する上で，非対称性は重要な要素の一つである．そこで，分子信号に応じて非対称に変形するマイクロサイズのゲルアクチュエータ構築のため．タンパク質が内部で非対称に分布したDNAハイドロゲルの構築を行なった．タンパク質の配置方法を検討するため，モデルタンパク質としてストレプトアビジンを採用した．ストレプトアビジンに配列設計したDNAを修飾することで，DNAナノ構造の相分離で形成されたヤヌスゲルの任意の片側にタンパク質を集積させることに成功した．この技術をモーター/骨格タンパク質へ等応用することで，非対称に変形するゲルアクチュエータの構築が期待できる．また，様々な形状のハイドロゲルを形成するための方法の開発も行った．フォトリソグラフィー法を応用し，光応答性DNAとフォトマスクを組み合わせ，様々な形状のDNAハイドロゲルを構築することに成功した．そして，分子ロボットが外部分子信号を認識するためのポア構造について，米国Kent State Universityと共同でリング型DNAナノ構造の構築と，その疎水化のための最適条件を探索した．反応・抽出条件を最適化することにより，80%程度の効率で疎水化DNAを合成・精製することに成功した．現在，脂質膜にポア構造を埋め込むための設計の微修正に取り組んでいる．計画当初は，ポリアクリルアミドゲル を用いる予定だったが，骨格タンパク質の非特異的な束化が生じたことから，DNAハイドロゲルへと変更していた．計画の変更に伴い課題の進捗に遅れが生じたものの，走化性を有する分子ロボットを構築するための要素技術開発において，成果を得ることができた．

不对称是实现方向运动（例如趋化性）的重要因素之一。因此，为了构建一个微型凝胶致动器，该凝胶执行器会响应分子信号而不对称地变形。我们用内部不对称分布的蛋白质构建了DNA水凝胶。为了研究蛋白质的排列，将链霉亲和素用作模型蛋白。通过将序列设计的DNA修改为链霉亲和素，我们成功地积累了蛋白质在Janus凝胶的任何一侧，这是由DNA纳米结构的相分离形成的。通过将该技术应用于电动机/骨骼蛋白，可以预期可以构建不对称变形的凝胶致动器。我们还开发了形成各种形状的水凝胶的方法。使用光刻印，我们通过结合光反应DNA和光掩膜成功构建了各种形状的DNA水凝胶。在分子机器人识别外部分子信号的孔结构中，我们与美国肯特州立大学合作，探索了环形DNA纳米结构的构建以及其疏水性的最佳条件。通过优化反应和提取条件，我们能够以约80％的效率合成和纯化疏水性DNA。目前，我们正在为嵌入脂质膜中嵌入孔结构的设计进行较小的修改。最初计划该项目时，计划了聚丙烯酰胺凝胶，但是由于发生了非特异性骨骼蛋白束，该系统被更改为DNA水凝胶。尽管由于计划的变化，问题的进展被延迟了，但我们能够在开发元素技术的发展中，以构建趋化性的分子机器人。