AutoMatter: Toward creation and expansion of programmable micro-active matter

AutoMatter：致力于创建和扩展可编程微活性物质

• 批准号: 20H05701
• 负责人: 野村 慎一郎
• 金额: $ 125.05万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-08-31 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H05701/
• 关键词: オートマター; 人工細胞; 自己複製; 大量生産; 電子-分子インタフェイス

本研究では，プログラム可能な自動微粒子群・オートマターの実現に向けた要素技術の開発と統合を目的とする。 本年度は，課題の要素技術として4つのサブテーマ1)自己複製能，2)分子制御，3)自動大量生産，4)電子制御-分子インタフェイスの実現を目指し，さらに統合を目指した技術開発を行った。 1）について，清水グループは，2種類のタンパク質因子を加えることで，37℃かつタンパク質合成に最適な生理的塩濃度の条件下において，活性のあるリボソームが自己組織化されることを見出した。これは，PURE自己複製溶液の実現に向けた大きなステップとみなせる。2）について，大野グループでは，オートマター内部における分子制御を目的として，タンパク質発現制御の基盤となるRNA分子の改変を行い，タンパク質産生能力の向上や安定性の改善に成功した。また，化学修飾を導入することで化学的な安定性を高めたRNAナノ構造体の構築に成功した。これは，分子の空間配置を制御するための足場としての活用が期待できる。3）について，野村グループでは，オートマターの筐体となる人工多細胞体を簡便かつ大量に生産する手法を報告した。この構造は膜に包まれた液滴の自己集合によりcm以上のサイズになり，ロボットを用いた生産と評価の自動化にも成功した。膜を貫通して塩基配列情報を伝達可能なDNA構造の動作を確認し，さらにその疎水化DNAのシンプルな単離・精製手法についても解決に成功し報告した。4）について瀧ノ上グループでは，オートマターの自律的な運動を実現するために，マイクロスケールのDNA液滴にアゾベンゼン基を導入し，光照射による非平衡定常状態の生成による変形や回転運動を実現した。以上の成果は，分子分解能で設計された分子システムが，よりマクロなスケールの動作を制御可能であることの実証例であり，オートマター実現への技術統合に向けた重要な進歩である。

This study aims at the development and integration of particle swarm optimization and particle swarm optimization. This year, the key technologies of the project include 1) self-replication, 2) molecular control, 3) automatic mass production, 4) electronic control-molecular control, 3) technical development, and 4) integration. 1) In addition, the two kinds of quality factors are added to the water, and the optimal physiological concentration of quality synthesis is 37℃. The activity of the two kinds of quality factors is self-organized. However, the actual implementation of PURE's own replication solution is very difficult. 2) In the process of RNA molecular transformation, the ability of RNA to produce quality was improved and the stability was improved successfully. Chemical modifications were introduced and chemical stability was improved. RNA constructs were constructed successfully. The molecular spatial configuration is controlled and the field is expected to be utilized. 3) The method of simple mass production of artificial multicellular bodies is reported. The structure of the film contains the liquid droplets of its own collection, which is more than cm long. The DNA structure was confirmed by DNA sequence information, and the DNA purification method was successfully solved 4) The self-regulated movement of DNA droplets is realized by introducing the base of DNA droplets, generating the non-equilibrium steady state under light irradiation, and realizing the self-regulated movement. The above results show that molecular decomposition can be designed to control the movement of molecules, which is an important step towards technical integration.

项目成果

Artificial cells emerging from programmable soft matter droplets

从可编程软物质液滴中出现的人造细胞

• 发表时间: 2022
• 作者: Sota Asai;Calvin Pfeifer;Masahiro Takinoue
• 通讯作者: Masahiro Takinoue

DNA nanotechnology for soft micromachines and molecular robots

用于软微型机器和分子机器人的 DNA 纳米技术

• 发表时间: 2022
• 作者: Silvano Alessandro;Foppert Annie;Rintoul Stephen R.;Holland Paul R.;Tamura Takeshi;Kimura Noriaki (他6名);Masahiro Takinoue
• 通讯作者: Masahiro Takinoue

「翻訳，リボソーム」, 公益財団法人 遺伝学普及会 日本遺伝学会 編 「遺伝学の百科事典－継承と多様性の源」

《翻译·核糖体》，日本遗传学会、公益财团法人编《遗传学百科全书 – 遗传和多样性的根源》

• 发表时间: 2021
• 作者: 大野博久;齊藤博英
• 通讯作者: 齊藤博英

Assembly and purification of DNA structures in aqueous-aqueous two-phase emulsion

水-水两相乳液中 DNA 结构的组装和纯化

• 发表时间: 2021
• 作者: Marcos Masukawa;Yukiko Okuda;Fujio Yu;Yusuke Sato;Kanta Tsumoto;Kenichi Yoshikawa;Masahiro Takinoue
• 通讯作者: Masahiro Takinoue

Creation of Growing Artificial RNP Complex

创建不断增长的人工 RNP 复合体

• 发表时间: 2020
• 作者: 安海一優;野村M.慎一郎
• 通讯作者: 野村M.慎一郎