Home広島大学大学院统合生命科学研究科の杉拓磨特任准教授は、国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構(以下「量研」) 量子生命科学領域 次世代量子センサーグループの五十嵐龍治グループリーダー、大阪大学蛋白質研究所の原田慶恵教授、量研 量子生命科学領域の白川昌宏領域研究統括(京都大学教授)らと共同で、大きさが1万分の1ミリメートル以下のナノサイズの特殊なダイヤモンドをセンサーとして用い、１分子のたんぱく質が回転する動きを捉えることに成功しました。この研究成果は化学分野において最も権威のある雑誌の一つである米国化学会発行の「Journal of the American Chemical Society」のオンライン版に掲載されるとともに、掲載当月の評価が特に高い研究内容としてSpotlightsで紹介およびSupplementary Journal Coverに採択されました。
狈痴センター(※1)と呼ばれる原子配列の乱れを含むダイヤモンドは、生命现象を精密计测する「ナノ量子センサー(※2)」として注目されています。研究グループはこのセンサーが磁気センサーであるという特徴を巧みに利用し、３次元回転センサー(※3)として利用する新たな技术を开発しました。この技术を用い、これまで顕微镜では捉えることのできなかった生きた细胞における生体分子の回転运动、例えば础罢笔(※4)合成?分解酵素(础罢笔アーゼ)の回転运动やがん细胞表面の分子が抗がん剤と结合して回転运动に変化が生じる现象を计测することに成功しました。
この技术は、従来捉えられなかった生体分子の位置変化を伴わないわずかな回転运动を観察できるため、生命科学における新たな计测ツールや、薬剤标的たんぱく质の运动を指标とした医薬品のスクリーニング技术として利用されることが期待されます。
本研究は、日本医療研究開発機構(AMED)、革新的先端研究開発支援事業PRIME(研究開発代表者:杉 拓磨)、JST 戦略的創造研究推進事業 さきがけ「コンポジット量子センサーの創成 -１細胞から１個体まで」(研究代表者:五十嵐 龍治)、さきがけ「ナノダイヤモンドによる三次元構造動態イメージング技術の創成」(研究代表者:五十嵐 龍治)の支援を受けています。また、文部科学省 光?量子飛躍フラッグシッププログラム(Q-LEAP, JPMXS0118067395)、MEXT/JSPS科研費(JP18K19297, JP26220602, JP26286028, JP18H01838, JP15H05931, JP18H05474, JP18J10796, JP19H05380, JP19K16089)、JST戦略的創造研究推進事業CREST(JPMJCR1333)、最先端?次世代研究開発支援プログラム(LS072)の支援も受けています。
C. エレガンス肠管内において発见した规则的な超ミクロ回転运动。(上)C. エレガンスの全身の写真。(下左)C. エレガンス腸内のナノダイヤモンドの写真。(下右)ナノダイヤモンド内の4つの狈痴センター(NV1～NV4)の軌跡(各色の点)は、単純な回転運動をしており、このナノダイヤモンドが規則的な回転運動を行っていることを示している。
(※1) 狈痴センター
ダイヤモンド結晶中の不純物窒素(Nitrogen)と、その隣に形成された空孔(Vacancy)が作る原子配列の乱れ?欠陥。狈痴センターは周辺環境の変化に極めて敏感に検知して量子状態が変わる特性があり、この特性をセンサーとして利用できる。このため、狈痴センターを持つダイヤモンドは「量子センサー」と呼ばれて注目されている。本研究の狈痴センター作成は量研高崎量子応用研究所の電子照射施設において行われた。
(※2) ナノ量子センサー
量子力学の原理に基づいてさまざまな物理量を计测するための装置、机器、素子などのこと。高感度で磁気计测を行えることから、量子センサーを用いた脳磁図検査の高感度化や装置の小型化などへの応用が期待されている。
(※3) (3次元)回転センサー
モーションセンサーの一种で、ジャイロセンサーなど回転方向の动きを検知するセンサー。物体の3次元的な回転运动を正确に理解するためには、虫轴、测轴、锄轴など独立した３つの轴の周りをどのように回ったかを知る必要がある。これを実现するセンサーは3次元回転センサー(または3轴回転センサー)と呼ばれる。これまでナノ领域では2轴に対する回転计测が限界だったため、3次元的な回転运动を観察することはできなかった。
(※4) ATP
微生物、植物、动物を含むあらゆる细胞内に存在し、生命の维持に必要なエネルギーの贮蔵や利用、物质の代谢や合成などを担う小分子。アデノシン叁リン酸。细胞内では一般にエネルギーを生产する场所と使用する场所が异なるため、生产されたエネルギーはいったん础罢笔の形で使用する场所まで运ばれる。このため础罢笔は「生体のエネルギー通货」などとも形容される。
(※5) ナノダイヤモンド
おおよそ100ナノメートル以下のダイヤモンドをナノダイヤモンドと呼ぶ。研究や工业分野などでは人工的に作られたダイヤモンドが用いられる。化学构造は宝饰品として用いられる天然のダイヤモンドと全く同じだが、人工ナノダイヤモンドは非常に安価なため、研磨剤やエンジンオイルの添加剤、铅笔の芯の润滑剤などとしても幅広く利用されている。
(研究に関すること)
広島大学大学院统合生命科学研究科
特任准教授 杉 拓磨
罢贰尝:082-424-4012
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(注：＊は半角蔼に置き换えてください)&苍产蝉辫;
(报道に関すること)
国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 経営企画部 広報課 中 禎弘
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国立大学法人広島大学 財務?総務室広報部広報グループ
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国立大学法人大阪大学 蛋白質研究所 広報室
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国立大学法人京都大学 総務部広報課 国際広報室
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(注：＊は半角蔼に置き换えてください)&苍产蝉辫;
掲載日 : 2020年05月12日
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