Investigation of photosynthetic machinery using patterned model membrane and nanoscopic analysis/ manipulation

植物の光合成初期反応の場であるチラコイド膜は、多様な膜タンパク質群が2次元膜に配置された超分子系である。2次元膜における動的な分子分布や超分子形成は、光合成機能の調節に本質的に重要でありながら解析が困難であり充分には理解されていない。本研究は、世界的にも研究代表者のみが持つチラコイド膜のパターン化作製技術とリーズ大学の持つナノ計測・ナノ操作技術を組み合わせて、パターン化人工膜に再構成された光合成関連分子の膜内分布、エネルギー移動、電子伝達機能をナノメートルスケールで制御、定量評価する技術を開発することを目指している。2022年度にはリーズ大学のDr. Peter G. AdamsとDr. Ashley M. Hancockが来日し共同実験を行った。また、研究分担者（出羽、高木）も参加した合同シンポジウムを神戸大学で開催した。研究開発としては、パターン化ポリマー脂質膜およびチラコイド膜を神戸大学グループよりリーズ大学に送付して、パターン化ポリマー脂質膜へのチラコイド・脂質ハイブリッド膜の導入実験および電気泳動実験を行った。これらの実験より、ハイブリッドチラコイド膜において光合成関連分子の組成や密度を調整できることが示された。特に電気泳動実験では光合成関連分子をパターン化人工膜内で濃縮できる可能性が示唆された。研究代表者と研究分担者（出羽、高木）が共同で導電性ガラス基板表面にパターン化ポリマー膜を形成してハイブリッドチラコイド膜を導入する技術を開発した。これらの結果にもとづいて今後、リーズ大学と共同でチラコイド膜の動的な2次元分子分布による光合成機能調節を、人工膜を用いて再現しナノメートルスケールで詳細に解析する技術を開発する。

植物の光合成初期反応の場であるチラコイド膜は、多様な膜タンパク質群が2次元膜に配置された超分子系である。2次元膜における動的な分子分布や超分子形成は、光合成機能の調節に本質的に重要でありながら解析が困難であり充分には理解されていない。本研究は、世界的にも研究代表者のみが持つチラコイド膜のパターン化作製技術とリーズ大学の持つナノ計測・ナノ操作技術を組み合わせて、パターン化人工膜に再構成された光合成関連分子の膜内分布、エネルギー移動、電子伝達機能をナノメートルスケールで制御、定量評価する技術を開発することを目指している。2022年度にはリーズ大学のDr. Peter G. AdamsとDr. Ashley M. Hancockが来日し共同実験を行った。また、研究分担者（出羽、高木）も参加した合同シンポジウムを神戸大学で開催した。研究開発としては、パターン化ポリマー脂質膜およびチラコイド膜を神戸大学グループよりリーズ大学に送付して、パターン化ポリマー脂質膜へのチラコイド・脂質ハイブリッド膜の導入実験および電気泳動実験を行った。これらの実験より、ハイブリッドチラコイド膜において光合成関連分子の組成や密度を調整できることが示された。特に電気泳動実験では光合成関連分子をパターン化人工膜内で濃縮できる可能性が示唆された。研究代表者と研究分担者（出羽、高木）が共同で導電性ガラス基板表面にパターン化ポリマー膜を形成してハイブリッドチラコイド膜を導入する技術を開発した。これらの結果にもとづいて今後、リーズ大学と共同でチラコイド膜の動的な2次元分子分布による光合成機能調節を、人工膜を用いて再現しナノメートルスケールで詳細に解析する技術を開発する。