2025/11/11 更新

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タキノウエ マサヒロ
瀧ノ上 正浩
TAKINOUE MASAHIRO
所属
総合研究院 化学生命科学研究所 教授
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News & Topics

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News & Media

学位

  • 博士(理学) ( 2007年3月   東京大学 )

  • 修士(理学) ( 2004年3月   東京大学 )

  • 学士(理学) ( 2002年3月   東京大学 )

研究キーワード

  • マイクロ流体

  • 分子ロボティクス

  • DNAナノテクノロジー

  • ソフトマター

  • 相分離液滴・Smart Condensates

  • 非線形・非平衡系

  • 人工生命システム・人工細胞

  • 分子コンピューティング

  • 生物物理学

  • Artificial Liquid Intelligence

  • 化学的人工知能

研究分野

  • ナノテク・材料 / ナノマイクロシステム  / マイクロフルイディクス

  • ナノテク・材料 / ナノバイオサイエンス  / DNAナノテクノロジー

  • 情報通信 / 生命、健康、医療情報学  / DNAコンピュータ・分子コンピューティング

  • ライフサイエンス / 生物物理学

  • 自然科学一般 / 生物物理、化学物理、ソフトマターの物理

  • 情報通信 / ソフトコンピューティング

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経歴

  • 東京科学大学   化学生命科学研究所   教授

    2025年10月 - 現在

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  • 東京科学大学   情報理工学院 情報工学系   教授 (兼任)

    2025年10月 - 現在

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  • 東京科学大学   総合研究院 自律システム材料学研究センター   教授 (兼任)

    2024年10月 - 現在

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  • 東京科学大学   生命理工学院 生命理工学系   教授 (兼任)

    2024年10月 - 現在

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  • 東京科学大学   工学院 システム制御系   教授 (兼任)

    2024年10月 - 現在

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  • 東京科学大学   情報理工学院 情報工学系   教授

    2024年10月 - 2025年9月

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  • 東京工業大学   情報理工学院 情報工学系   教授

    2022年4月 - 2024年9月

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  • 東京工業大学   科学技術創成研究院 自律システム材料学研究センター   教授

    2024年4月 - 2024年9月

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  • 東京工業大学   国際先駆研究機構 リビングシステムズ材料学研究拠点   教授 (兼任)

    2022年8月 - 2024年3月

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  • 東京工業大学   生命理工学院 生命理工学系   教授 (兼任)

    2022年4月 - 2024年9月

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所属学協会

  • 「細胞を創る」研究会

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  • 応用物理学会

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  • 日本生物物理学会

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  • 化学とマイクロ・ナノシステム学会

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  • International Society for Nanoscale Science, Computation and Engineering (ISNSCE)

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  • CBI学会

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  • 日本分子生物学会

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  • 分子ロボティクス研究会

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論文

  • DNA Condensates via Entanglement of String-like Structures Based on Anisotropic Nanotetrahedra

    Hong Xuan Chai, Kanta Kayanuma, Hiroaki Suzuki, Masahiro Takinoue

    JACS Au   2025年6月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:American Chemical Society (ACS)  

    DOI: 10.1021/jacsau.5c00421

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  • Remote-controlled mechanical and directional motions of photoswitchable DNA condensates

    Hirotake Udono, Shin-ichiro M. Nomura, Masahiro Takinoue

    Nature Communications   16 ( 1 )   2025年5月

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    担当区分:責任著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Springer Science and Business Media LLC  

    Abstract

    Membrane-free synthetic DNA-based condensates enable programmable control of dynamic behaviors as shown by phase-separated condensates in biological cells. We demonstrate remote-controlled microflow using photocontrollable state transitions of DNA condensates, assembled from multi-branched DNA nanostructures via sticky-end (SE) hybridization. Introducing azobenzene into SEs enables their photoswitchable binding affinity, which underlies photoreversible fluidity of the resulting condensates that transition between gel/liquid/dissociated states in a wavelength-dependent manner. Leveraging base-sequence programmability, spatially coupled orthogonal DNA condensates with divergent photoresponsive capabilities perform multi-modal mechanical actions that depend on azobenzene insertion sites in the SE, including switching flows radially expanding and converging under photoswitching. Localizing photoswitching within a DNA liquid condensate generates two distinct directional motions, whose contrasting morphology, direction, and lifetime are determined by switching frequency. Numerical simulations reveal its regulatory role in weight-adjusting energy-exchanging and energy-dissipative interactions between the photoirradiated and unirradiated domains.

    DOI: 10.1038/s41467-025-59100-x

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    その他リンク: https://www.nature.com/articles/s41467-025-59100-x

  • DNA-Origami-Armored DNA Condensates. 国際誌

    Nagi Yamashita, Yusuke Sato, Yuki Suzuki, Daisuke Ishikawa, Masahiro Takinoue

    ChemBioChem   25 ( 20 )   e202400468   2024年10月

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    担当区分:責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DNA condensates, formed by liquid-liquid phase separation (LLPS), emerge as promising soft matter assemblies for creating artificial cells. The advantages of DNA condensates are their molecular permeability through the surface due to their membrane-less structure and their fluidic property. However, they face challenges in the design of their surface, e. g., unintended fusion and less regulation of permeable molecules. Addressing them, we report surface modification of DNA condensates with DNA origami nanoparticles, employing a Pickering-emulsion strategy. We successfully constructed core-shell structures with DNA origami coatings on DNA condensates and further enhanced the condensate stability toward fusion via connecting DNA origamis by responding to DNA input strands. The 'armoring' prevented the fusion of DNA condensates, enabling the formation of multicellular-like structures of DNA condensates. Moreover, the permeability was altered through the state change from coating to armoring the DNA condensates. The armored DNA condensates have significant potential for constructing artificial cells, offering increased surface stability and selective permeability for small molecules while maintaining compartmentalized space and multicellular organization.

    DOI: 10.1002/cbic.202400468

    PubMed

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  • Temporally controlled multistep division of DNA droplets for dynamic artificial cells. 国際誌

    Tomoya Maruyama, Jing Gong, Masahiro Takinoue

    Nature Communications   15 ( 1 )   7397 - 7397   2024年8月

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    担当区分:責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Synthetic droplets mimicking bio-soft matter droplets formed via liquid-liquid phase separation (LLPS) in living cells have recently been employed in nanobiotechnology for artificial cells, molecular robotics, molecular computing, etc. Temporally controlling the dynamics of synthetic droplets is essential for developing such bio-inspired systems because living systems maintain their functions based on the temporally controlled dynamics of biomolecular reactions and assemblies. This paper reports the temporal control of DNA-based LLPS droplets (DNA droplets). We demonstrate the timing-controlled division of DNA droplets via time-delayed division triggers regulated by chemical reactions. Controlling the release order of multiple division triggers results in order control of the multistep droplet division, i.e., pathway-controlled division in a reaction landscape. Finally, we apply the timing-controlled division into a molecular computing element to compare microRNA concentrations. We believe that temporal control of DNA droplets will promote the design of dynamic artificial cells/molecular robots and sophisticated biomedical applications.

    DOI: 10.1038/s41467-024-51299-5

    PubMed

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  • Programmable Computational RNA Droplets Assembled via Kissing-Loop Interaction. 国際誌

    Hirotake Udono, Minzhi Fan, Yoko Saito, Hirohisa Ohno, Shin-Ichiro M Nomura, Yoshihiro Shimizu, Hirohide Saito, Masahiro Takinoue

    ACS nano   18 ( 24 )   15477 - 15486   2024年6月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DNA droplets, artificial liquid-like condensates of well-engineered DNA sequences, allow the critical aspects of phase-separated biological condensates to be harnessed programmably, such as molecular sensing and phase-state regulation. In contrast, their RNA-based counterparts remain less explored despite more diverse molecular structures and functions ranging from DNA-like to protein-like features. Here, we design and demonstrate computational RNA droplets capable of two-input AND logic operations. We use a multibranched RNA nanostructure as a building block comprising multiple single-stranded RNAs. Its branches engaged in RNA-specific kissing-loop (KL) interaction enables the self-assembly into a network-like microstructure. Upon two inputs of target miRNAs, the nanostructure is programmed to break up into lower-valency structures that are interconnected in a chain-like manner. We optimize KL sequences adapted from viral sequences by numerically and experimentally studying the base-wise adjustability of the interaction strength. Only upon receiving cognate microRNAs, RNA droplets selectively show a drastic phase-state change from liquid to dispersed states due to dismantling of the network-like microstructure. This demonstration strongly suggests that the multistranded motif design offers a flexible means to bottom-up programming of condensate phase behavior. Unlike submicroscopic RNA-based logic operators, the macroscopic phase change provides a naked-eye-distinguishable readout of molecular sensing. Our computational RNA droplets can be applied to in situ programmable assembly of computational biomolecular devices and artificial cells from transcriptionally derived RNA within biological/artificial cells.

    DOI: 10.1021/acsnano.3c12161

    PubMed

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  • Liquid DNA Coacervates form Porous Capsular Hydrogels via Viscoelastic Phase Separation on Microdroplet Interface

    Masamune Morita, Tetsuro Sakamoto, Shin‐ichiro M. Nomura, Satoshi Murata, Miho Yanagisawa, Masahiro Takinoue

    Advanced Materials Interfaces   2024年5月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1002/admi.202300898

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  • Present and future of synthetic cell development

    Katarzyna P. Adamala, Marileen Dogterom, Yuval Elani, Petra Schwille, Masahiro Takinoue, T-Y Dora Tang

    Nature Reviews Molecular Cell Biology   2024年3月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1038/s41580-023-00686-9

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  • Controlled Formation of DNA Condensates as Model Nuclei in Monodisperse Giant Vesicles

    Ryotaro Yoneyama, Naoya Morikawa, Ryota Ushiyama, Tomoya Maruyama, Reiko Sato, Mamiko Tsugane, Masahiro Takinoue, Hiroaki Suzuki

    JACS Au   2025年6月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:American Chemical Society (ACS)  

    DOI: 10.1021/jacsau.5c00568

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  • Intra- and Interbead Communications by an Anchored DNA Structure and Cascaded DNA Reactions

    Ibuki Kawamata, Satoru Yoshizawa, Keita Abe, Masahiro Takinoue, Shin-Ichiro M. Nomura, Satoshi Murata

    ACS Synthetic Biology   2025年3月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:American Chemical Society (ACS)  

    DOI: 10.1021/acssynbio.4c00709

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  • Rapid and High-Yielding Purification of DNA Self-Assembled Structures by Aqueous Two-Phase System. 国際誌

    Marcos K Masukawa, Masahiro Takinoue

    Methods in molecular biology (Clifton, N.J.)   2901   13 - 25   2025年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Aqueous two-phase systems (ATPS) of dextran and polyethylene glycol (PEG) enable the purification of DNA structures such as DNA origami and DNA nanotubes in times as short as 10 min. This method, which has recovery yields >90% for a typical DNA origami, owes its efficiency to the highly selective partition of the DNA structures in the dextran phase of these emulsions. This purification method is carried out in conditions that promote the structural stability of these structures, making it particularly suitable for DNA nanotechnology. In this protocol, we will describe the materials and methods for purifying DNA origami and quantifying the purification yield by agarose electrophoresis and image analysis.

    DOI: 10.1007/978-1-0716-4394-5_2

    PubMed

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  • Histamine-Responsive Hydrogel Biosensors Based on Aptamer Recognition and DNA-Driven Swelling Hydrogels. 国際誌

    Satofumi Kato, Yurika Ishiba, Masahiro Takinoue, Hiroaki Onoe

    ACS applied bio materials   2024年6月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Detection of chemical substances is essential for living a healthy and cultural life in the modern world. One type of chemical sensing technology, biosensing, uses biological components with molecular recognition abilities, enabling a broad spectrum of sensing targets. Short single-stranded nucleic acids called aptamers are one of the biological molecules used in biosensing, and sensing methods combining aptamers and hydrogels have been researched for simple sensing applications. In this research, we propose a hydrogel-based biosensor that uses aptamer recognition and DNA-driven swelling hydrogels for the rapid detection of histamine. Aptamer recognition and DNA-driven swelling hydrogels are directly linked via DNA molecular reactions, enabling rapid sensing. We selected histamine, a major food poisoning toxin, as our sensing target and detected the existence of histamine within 10 min with significance. Because this sensing foundation uses aptamers, which have a vast library of targets, we believe this system can be expanded to various targets, broadening the application of hydrogel-based biosensors.

    DOI: 10.1021/acsabm.4c00423

    PubMed

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  • Scanning electrochemical microscopy for determining oxygen consumption rates of cells in hydrogel fibers fabricated using an extrusion 3D bioprinter

    Kosuke Ino, Mana Wachi, Yoshinobu Utagawa, An Konno, Masahiro Takinoue, Hiroya Abe, Hitoshi Shiku

    Analytica Chimica Acta   1304   342539 - 342539   2024年5月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier BV  

    DOI: 10.1016/j.aca.2024.342539

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  • Dual-Sensing Mechanical Hydrogel Biosensor Composed by Aptamer Recognition and DNA Logic Gates

    Satofumi Kato, Masahiro Takinoue, Hiroaki Onoe

    Proceedings of the IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS)   322 - 325   2024年

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    掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)  

    DOI: 10.1109/MEMS58180.2024.10439374

    Scopus

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  • Transient control of lytic activity via a non-equilibrium chemical reaction system

    Kohei Sato, Yume Nakagawa, Miki Mori, Masahiro Takinoue, Kazushi Kinbara

    Nanoscale   2024年

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1039/D3NR06626F

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  • Pioneering artificial cell-like structures with DNA nanotechnology-based liquid-liquid phase separation.

    Yusuke Sato, Masahiro Takinoue

    Biophysics and physicobiology   21 ( 1 )   e210010 - n/a   2024年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Biophysical Society of Japan  

    Recent studies have revealed that liquid-liquid phase separation (LLPS) plays crucial roles in various cellular functions. Droplets formed via LLPS within cells, often referred to as membraneless organelles, serve to concentrate specific molecules, thus enhancing biochemical reactions. Artificial LLPS systems have been utilized to construct synthetic cell models, employing a range of synthetic molecules. LLPS systems based on DNA nanotechnology are particularly notable for their designable characteristics in droplet formation, dynamics, properties, and functionalities. This review surveys recent advancements in DNA-based LLPS systems, underscoring the programmability afforded by DNA's base-pair specific interactions. We discuss the fundamentals of DNA droplet formation, including temperature-dependence and physical properties, along with the precise control achievable through sequence design. Attention is given to the phase separation of DNA nanostructures on two-dimensional closed interfaces, which results in spatial pattern formation at the interface. Furthermore, we spotlight the potential of DNA droplet computing for cancer diagnostics through specific microRNA pattern recognition. We envision that DNA-based LLPS presents a versatile platform for the exploration of cellular mimicry and opens innovative ways for the development of functional synthetic cells.

    DOI: 10.2142/biophysico.bppb-v21.0010

    PubMed

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  • Constructing virtual DNA-nanomachines.

    Nathan Nunes Evangelista, Masahiro Takinoue

    Biophysics and physicobiology   21 ( Supplemental2 )   e212011   2024年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.2142/biophysico.bppb-v21.e2011

    PubMed

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受賞

  • 第12回Biophysics and Physicobiology Editors' Choice Award

    2025年9月   日本生物物理学会   “Pioneering artificial cell-like structures with DNA nanotechnologybased liquid-liquid phase separation”

    Yusuke Sato, Masahiro Takinoue

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共同研究・競争的資金等の研究課題

  • 進化情報アセンブリによる生命機能の創出原理

    研究課題/領域番号:25H01360  2025年4月 - 2030年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  学術変革領域研究(A)

    小林 徹也, 川口 喬吾, 青木 一洋, 澤井 哲, 戸田 安香, 鈴木 誉保, 瀧ノ上 正浩, 斉藤 稔, 細田 一史, 杉村 薫, 梅津 大輝, 花井 亮

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    配分額:209300000円 ( 直接経費:161000000円 、 間接経費:48300000円 )

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  • 細胞内液滴のヘテロポリマー分子アセンブリの物理則と進化則の解明

    研究課題/領域番号:25H01361  2025年4月 - 2030年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  学術変革領域研究(A)

    川口 喬吾, 瀧ノ上 正浩

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    配分額:179140000円 ( 直接経費:137800000円 、 間接経費:41340000円 )

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  • 分子-ディジタル融合によるArtificial Liquid Intelligenceの創製

    研究課題/領域番号:24H00070  2024年4月 - 2029年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(S)

    瀧ノ上 正浩

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    配分額:205010000円 ( 直接経費:157700000円 、 間接経費:47310000円 )

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  • 分子回帰反応の創出による2次元半導体の自己電子機能化

    研究課題/領域番号:23H01798  2023年4月 - 2026年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    桐谷 乃輔, 瀧ノ上 正浩

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    配分額:19240000円 ( 直接経費:14800000円 、 間接経費:4440000円 )

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  • 分子回帰反応の創出による2次元半導体の自己電子機能化

    研究課題/領域番号:23K26491  2023年4月 - 2026年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    桐谷 乃輔, 瀧ノ上 正浩

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    配分額:19240000円 ( 直接経費:14800000円 、 間接経費:4440000円 )

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  • 機械的メタマテリアルとDNAゲルの融合による生化学構造色センサの高感度化

    研究課題/領域番号:21K18164  2021年7月 - 2024年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  挑戦的研究(開拓)

    尾上 弘晃, 岩瀬 英治, 瀧ノ上 正浩

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    配分額:26000000円 ( 直接経費:20000000円 、 間接経費:6000000円 )

    本年度は下記の2項目について主に研究を実施した.
    (1) 機械的な機構による刺激応答性ゲルの変位拡大検証: 設計指針を確立するために,ミリメートルスケールの機械的ステップ機構(~5 mmスケール)により,刺激応答性ゲルの膨潤・収縮の変位拡大の検証を行う.機械的メタマテリアル(変位拡大率は5-20倍)をフォトリソグラフィーにより造形し,刺激応答性ゲル(検知部)と構造色ゲル(読取り部)をそれぞれパターニングし,刺激応答性ゲルの膨潤・収縮を拡大し構造色ゲルの変形とするデバイスを構築した.原理検証実験のため,DNAアプタマーゲルより扱いが容易な温度応答性のpNIPAMゲル,およびpNMUMを検知部として利用し,シリカコロイドを分散させたアクリルアミドの構造色ゲルを読取り部として用い,刺激に対する反射波長スペクトル変化を評価したところ,通常の約2倍の感度での検知に成功した.
    (2) 機械的メタマテリアルの理論設計と評価: 研究項目(1)と並行して,機械的メタマテリアルの理論的な解析および設計・評価を行った.上記のステップ機構による刺激応答性ゲルの収縮を拡大して構造色ゲルに伝達する機構をデザインを定式化し,材料力学の熱膨張に落とし込むことで理論式を構築した.これによりデバイスのデザインによりどの程度の感度拡大が可能であるかの予測が実現した.ただし,材料の変形が微小変形を仮定しているモデルのため,実際のヤング率が文献値と異なる範囲を考慮する必要があることも同時に判明した.そのため,デバイスで使用するゲルの機械特性の評価を実施し,力学的なパラメータを取得した.

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  • DNAの物性から理解するゲノムモダリティ

    研究課題/領域番号:20H05933  2020年11月 - 2025年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 学術変革領域研究(A)  学術変革領域研究(A)

    西山 朋子, 前島 一博, 岡田 由紀, 白髭 克彦, 瀧ノ上 正浩

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    配分額:83850000円 ( 直接経費:64500000円 、 間接経費:19350000円 )

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  • DNAナノスケールのモダリティ

    研究課題/領域番号:20H05935  2020年11月 - 2025年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 学術変革領域研究(A)  学術変革領域研究(A)

    瀧ノ上 正浩, 鈴木 宏明

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    配分額:127530000円 ( 直接経費:98100000円 、 間接経費:29430000円 )

    本研究の目的は、DNAが、ナノ情報を元に、細胞核スケールの微小空間で、いかにしてメゾ・マイクロスケールのマルチモーダルなゲノムDNAの構造・物性・機能(液-液相分離、分子内相分離、界面張力、粘弾性、体積相転移、非平衡性など)を発現するのか、そのソフトマター物理学的な起源は何かということを解明することである。研究代表者・瀧ノ上と分担者・鈴木は、細胞の環境を模擬した容器、ジャイアントリポソームを自在に作り出し、その中でのゲノムの挙動を調べるための技術開発を行った。今年度は、マイクロ流路を用いて、少量の溶液を再現性よく均一GUVに封入する技術を開発した。この技術を発展させて具体的なDNAナノ構造の形状や配列と物性の関係を探った。その結果、粘着末端配列、塩濃度、DNA濃度に依存して、リポソーム内でDNAゲルが生成する条件を見出した。また、浸透圧等の外部刺激でそれをコントロールする方法を見出した。また、研究代表者・瀧ノ上は、独自の技術であるDNA液滴を外部から入力した、がんマーカーのマイクロRNA(miRNA)(ナノメートルスケールの分子)の有無によって、相分離・分裂させる方法を構築した。すなわち、DNA液滴のもつメゾ・マイクロスケールの流体物性によって、環境のナノ分子のセンシングができることを示しており、ナノスケールの化学反応とメゾ・マイクロスケールの物理的な性質がカップルできることを示した。また、DNAナノプレート等の構造が、液-液相分離液滴の界面に集積する現象を発見し、A01-1班研究協力者の吉川らとともに、その物理的なメカニズムの探求とともに、ナノ物質のフィルトレーションに応用できることを示した。メカニズムとしては、枯渇効果が効いていると考えられ、細胞核内などの微小空間におけるDNA集合体の性質を調べる研究へ展開が可能であると考えている。

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  • プログラム可能な動的微粒子群「オートマター」の創成と展開

    研究課題/領域番号:20H05701  2020年8月 - 2025年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 基盤研究(S)  基盤研究(S)

    野村 慎一郎, 瀧ノ上 正浩, 清水 義宏, 大野 博久

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    配分額:195390000円 ( 直接経費:150300000円 、 間接経費:45090000円 )

    オートマター実現に向けた4つのサブテーマとその統合について以下のような進展があった。[サブテーマ1]自己複製溶液の構築を行うために、分担者・清水らのグループは巨大複合体のリボソームの自己組織化条件を探索している。これまでに報告したリボソーム小サブユニットに続いて、2種類のrRNAおよび33種類のリボソームタンパク質からなる大サブユニットに注目し、タンパク質合成活性を持つ構造を世界で初めて自己組織化させることに成功し報告した。[サブテーマ2]人工多細胞構造のプログラム可能性を実現するために、大野グループでは内部状態を時間的・空間的に制御する分子システムの開発に取り組んでいる。本年は特に空間制御システムとして、RNAを分子足場として特定の入力分子に応じた人工細胞内分子の空間配置制御を行うことを目指した。入力分子特異的な分子足場の形状変化を実現するため、リボスイッチやタンパク質結合RNAモチーフを組み込み、特定の入力分子によって形状変化を制御できる構造体を構築し論文準備中である。[サブテーマ3]人工多細胞の自動量産技術の確立を目指し、嵩高い脂質分子を用いることで全長がmm以上におよぶ人工多細胞構造が簡便かつ大量に得られること、さらにその調製操作が自動化できることを示した(論文採択済)。そしてサブテーマ1との連携で、内部でPUREタンパク質発現が可能であることを示し、「目で見て手で触れる」世界初の人工多細胞の例といえる。[サブテーマ4]オートマターの回路となる分子システムの外部操作可能性を求めて、瀧ノ上グループでは核酸を材料とした操作可能な機構を構築している。光応答性人工核酸を用いることで、分解・融合が制御可能なDNA液滴を実現した。これを電気信号に代わる外部刺激として研究を進め、報告した。以上の成果は、本課題が目指す自動微粒子群・オートマター実現に向けた重要な実績である。

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  • ディジタルー分子情報変換によるマクロファージ型分子ロボットの構築と制御

    研究課題/領域番号:20H00619  2020年4月 - 2024年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 基盤研究(A)  基盤研究(A)

    瀧ノ上 正浩, 伊野 浩介, 尾上 弘晃, 野村 慎一郎, 佐藤 佑介

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    配分額:45110000円 ( 直接経費:34700000円 、 間接経費:10410000円 )

    本研究では、「マクロファージ型分子ロボット」を構築すると伴に、ディジタルの世界と当該分子ロボットをつないで、ディジタルハイブリッドな分子ロボットを構築することを目的としている。
    代表者・瀧ノ上は、分担者・佐藤と協力して、分子ロボットへのターゲット分子のセンシング機能の付与の実験を行った。分子ロボットのボディとしてDNAゲルを用いた。DNAゲルは、Y字型DNAナノ構造をネットワーク状に集積させて構築した。DNAゲルのマイクロRNA(miRNA)のセンシング機能を発展させ、DNA液滴による分子コンピューティングによって、miRNAパターンの判定をできるように改良した。アプタマや抗体などを用いて、生体的な小分子やmiRNA、細胞表面の抗原などを認識して、ある種のコンピューティングを行えるDNAゲル(知的な振る舞いができるDNAゲル)を確立するため、細胞を包み込んで阻害するようなメカニズム(人工食作用)を導入するため、抗体やアプタマ等を効率よくDNAゲル・DNA液滴の内部に修飾して、機能を発現できるよう、条件検討をした。さらに、光異性化を示す化学修飾をしたDNA液滴を作成し、温度変化に依らなくてもDNA液滴の流動化を実現できる方法を見出し、DNA液滴による分子ロボットと、細胞との融合に道筋をつけた。分担者・尾上は、代表者・瀧ノ上と協力して、DNAアプタマーを用いた分子認識センサをDNAゲルの増幅機構を用いて取り組んだ。分担者・野村は、標的となる細胞を超えるサイズの人工多細胞型分子ロボットの調製方法を見出し、報告した。分担者・佐藤は、代表者・瀧ノ上とともに、DNAゲルをカプセル形状に自己集合させることに成功した。分担者・伊野は、代表者・瀧ノ上と協力して、DNAハイドロゲル内での細胞培養に成功し、ハイドロゲル内での細胞呼吸の電気化学計測に成功した。

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