Reproduction and evolution of minimal cell: soft matter physics connecting matter and life

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本研究の目的は、膜コンパートメント（ベシクル）と情報高分子という２つの基本構成要素を軸に、自己生産や進化などの生命システムの本質的な特徴を単純な人工系で再現するモデル実験系「ミニマルセル」を構築することにある。その上で本年度は、自己生産と進化に関する次の２つの課題に取り組んだ。(i)代表者がこれまでに構築してきたベシクルの膜成長・分裂系は世代を経るごとにサイズの減少が見られたため、世代間でベシクルのサイズが保存される自己生産サイクルを構築する。(ii)従来はベシクルを膜成長させる情報高分子としてポリアニリンという高分子１種類のみを用いてきたので、自己生産系の競争（さらに進化）を実験系として実現するために２種類目の高分子を見出す。(i)に関しては、ベシクルの内外に持続的に浸透圧を課す機構を従来の実験系に導入することで、膜成長→変形→分裂→体積成長の４過程からなる持続的な自己生産系の構築に成功した。これにより自己生産による世代間のサイズ減少の問題が解決され、マイクロインジェクションによる材料分子の供給にトリガーされる４世代にわたるベシクルの自己生産サイクルを実現し、この成果を原著論文として出版した。(ii)に関しては、外部溶液からベシクル膜への膜分子取り込みの触媒として従来用いていたポリアニリンに加えて新たにポリピロールを同様の機能を実現する高分子の候補として研究を進めた。まず先行研究をもとに代表者の自己生産系に適した新たな高分子合成方を開発することに成功した。そしてこの高分子ポリピロールがどの程度ベシクル膜の成長に寄与するのかを検証するため、動的光散乱法によりポリピロールが膜表面に合成されたベシクルに膜構成分子を外部から供給した場合の膜成長率を測定した。その結果、ポリアニリンと並んでポリピロールも膜成長を著しく促進するベシクルの情報高分子として有用であることを見出した。