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タンパク質分子モーターで駆動する
微小機械の開発

平塚研究室 HIRATSUKA Laboratory
准教授:平塚 祐一(Hiratsuka Yuichi)

E-mail:yhirajaist.ac.jp
[研究分野]
生命分子工学、機械工学、タンパク質工学、ナノバイオテクノロジー、生物物理学
[キーワード]
分子ロボティクス、MEMS/マイクロマシン、分子モーター、遺伝子工学

研究を始めるのに必要な知識・能力

平塚研究室ではタンパク質を使って人工の機械を作るという全く新しい研究分野を開拓しています。そのため分野を超えた幅広い知識が必要となりますが最も重要なことは「新しいものを作りたい!」という強い意識と「科学的な思考」です。専門的な知識は研究室で学ぶことができます。

この研究で身につく能力

 本研究室では、バイオ・化学・微細加工技術・機械工学などを組み合わせた融合的な研究を進めています。融合研究を行うためには異なった専門分野を学んでいく必要があり、多くの学生は躊躇するかもしれません。しかし本研究室での研究開発の経験を通し融合領域では新しい発見や新しい可能性がたくさんあることを学び、専門分野間の垣根が低く感じることになるでしょう。もちろん基礎的な知識なくして融合分野に取り組むことはできません。本研究室では大きさ数ナノメータのタンパク質を人類が利用できるマイクロまたはミリメータサイズの機械として組み立てる研究をしています。そのためにタンパク質や化学物質の分子レベルの構造やナノメータ空間での挙動を理解し、分子レベルから設計できる能力を身につけます。

【就職先企業・職種】 化学メーカー、機械メーカー、公務員など

研究内容


図1.モータータンパク質で駆動する世界初のディスプレイ


図2.バクテリアで駆動する回転モーター

 細胞は、大きさ数ナノメートルのタンパク質がその内部で働くことでさまざまな生命現象を生み出しています。タンパク質は一般に知られているような単なる栄養素の一つではなく「非常に精巧な分子機械」であり「細胞を構成する多彩な部品」です。本研究室では、タンパク質を分子部品として使うことによって、これまで人類が作り出してきた人工機械とは全く異なる夢の微小機械(マイクロマシン、微小ロボット)の創製に挑んでいます。
 タンパク質は現在、食品や医療の分野で広く応用利用されています。しかし、これらは生体から発見された膨大な種類のタンパク質のごく一部にすぎず、タンパク質の応用技術はまだまだ発達途上の段階です。タンパク質は、炭素・窒素・酸素・水素というありふれた元素のみで構成されているにも関わらず、筋肉に代表されるモーター機能をはじめ、光センサー、ナノ微細構造、発光、情報処理など従来の人工材料と類似した多様で魅力的な性質を示し、将来的には幅広い工業分野で応用利用できる高い可能性を持っています。平塚研究室ではタンパク質の中でも特に「動く」という機能をもった面白いタンパク質「モータータンパク質」に注目し、モータータンパク質で駆動する微小な機械の開発に取り組んでいます。

1)タンパク質で表示するディスプレイ

 生き物には周囲の環境に合わせて体色を変化させる「保護色機能」を持つものがいます。これらの現象はモータータンパク質によって引き起こされています。本研究では微細加工技術とタンパク質工学を組み合わせ、保護色の分子機構を模倣した人工細胞を生体外に作り、世界初のタンパク質で駆動するディスプレイの開発に成功しました。

2)モータータンパク質・バクテリアで動く微小回転モーター

 大きさ数十μmの微小な回転モーターもモータータンパク質やバクテリアを使って作製することに成功させています。これらは従来の人工モーターとは異なり糖やATPといった化学物質を燃料として動くユニークなモーターとして注目を集めています。

主な研究業績

  1. Susumu Aoyama, Masahiko Shimoike, and Yuichi Hiratsuka Self-organized optical device driven by motor proteins Proc. Nati. Acad. Sci. (PNAS) vol. 110 no. 41, 16408-16413 (2013).
  2. 平塚祐一、「生体分子モーターデバイス」ナノ融合による先進バイオデバイス 監修民谷栄一(CMC出版)、71-78 (2011).
  3. Y. Hiratsuaka, M. Miyata, T. Tada and T. Q.P. Uyeda, Micro-rotary motor powered by bacteria, Proc. Nati. Acad. Sci. (PNAS) 103, 13618-13623 (2006).

使用装置

レーザー直接描画装置
フォトリソグラフィ装置
タンパク質精製および解析装置
高感度蛍光顕微鏡
細胞培養装置

研究室の指導方針

本研究室の学生には誰もが見たことがない・驚かれるような研究に挑戦してもらいたいと考えています。しかし、そのような研究を成功させるためには基礎的な知識はもちろんのこと論文による学習が必須となります。また自分自身で考え失敗にめげず何度も挑戦し、そして何よりも研究を楽しんでもらいたいと考えています。

[研究室HP] URL:http://www.jaist.ac.jp/ms/labs/hiratsuka/

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