Preparation process for lightweight and high-strength materials using chitin fiber assembling proteins from beetle elytra

甲虫は、水の浸入や外敵の攻撃からやわらかい組織を保護するため、有機分子が積層した軽量さと頑強性を併せ持った外骨格（表皮）を形成する。甲虫の表皮は、形や構造の多様性、軽量さと頑丈さを併せ持つ材料として、航空機、ロボット等の先端材料開発分野で注目を集めている。本研究では、甲虫におけるキチン繊維配向の制御機構の解明と制御機構を利用した軽量構造材料の作製プロセスの開発を目的としている。複数種の甲虫の表皮構造を走査型電子顕微鏡及びCTスキャナーを用いて解析し、甲虫種によって、表皮のキチン/タンパク質複合体の積層構造に大きな違いがあることを見出した。また、表皮におけるキチンとタンパク質含量の比についても差異が確認され、甲虫種間における機械特性の違いは、積層構造と組成によるものと考えられた。次に、ニホンカブトムシの発達段階の異なる表皮のトランスクリプトーム解析を行い、表皮形成の各段階に発現する表皮タンパク質遺伝子を特定した。これらタンパク質のアミノ酸配列中には、キチン結合部位とタンパク質間相互作用に関与すると考えられる部位が確認され、キチン繊維の配向制御に関与していることが予想された。また、アミノ酸配列の特徴から新たな表皮タンパク質のグループが存在することを明らかにした。同様の特徴を有する表皮タンパク質を複数種の甲虫のゲノムデータから探索し、キチン繊維の配向制御に関与するタンパク質の候補を絞り込んだ。

甲虫は、水の浸入や外敵の攻撃からやわらかい組織を保護するため、有機分子が積層した軽量さと頑強性を併せ持った外骨格（表皮）を形成する。甲虫の表皮は、形や構造の多様性、軽量さと頑丈さを併せ持つ材料として、航空機、ロボット等の先端材料開発分野で注目を集めている。本研究では、甲虫におけるキチン繊維配向の制御機構の解明と制御機構を利用した軽量構造材料の作製プロセスの開発を目的としている。複数種の甲虫の表皮構造を走査型電子顕微鏡及びCTスキャナーを用いて解析し、甲虫種によって、表皮のキチン/タンパク質複合体の積層構造に大きな違いがあることを見出した。また、表皮におけるキチンとタンパク質含量の比についても差異が確認され、甲虫種間における機械特性の違いは、積層構造と組成によるものと考えられた。次に、ニホンカブトムシの発達段階の異なる表皮のトランスクリプトーム解析を行い、表皮形成の各段階に発現する表皮タンパク質遺伝子を特定した。これらタンパク質のアミノ酸配列中には、キチン結合部位とタンパク質間相互作用に関与すると考えられる部位が確認され、キチン繊維の配向制御に関与していることが予想された。また、アミノ酸配列の特徴から新たな表皮タンパク質のグループが存在することを明らかにした。同様の特徴を有する表皮タンパク質を複数種の甲虫のゲノムデータから探索し、キチン繊維の配向制御に関与するタンパク質の候補を絞り込んだ。