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

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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。