デジタル処理限界を超える生体分子による情報処理現場の1分子直接観察

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ゆらぐ世界に適応してきた生体情報処理システムの動作原理を解明することは、従来のデジタル処理を超えるような新しい情報処理の原理構築へつながる可能性がある。ノイズと生体情報処理の関係を明らかにするためには、ノイズによる生体分子素子間の反応の揺らぎや構造の揺らぎを精緻に計測することが重要である。申請者が開発した超高感度分子間力計測システムは、従来困難であったこうした生体分子の揺らぎの計測を可能にした。本研究では、開発したシステムを用いて、生体情報伝達過程において機能する個々の素子間の揺らぎ特性(反応揺らぎや構造揺らぎ)を力学的に計測する。それにより、例えば可変応答性や柔軟性といった情報伝達分子自身が持つ固有の揺らぎ特性を定量的に検証し、その動作原理を学ぶ。1.研究成果初年度の超高感度分子間力計測システムにより情報伝達分子間の相互作用計測系の構築に基づき、以下の成果を得た。・情報伝達分子間の結合の多状態性を結合力分布により、直接的に特徴づけた。・状態遷移理論を応用展開・さらに発展させ、結合力分布から結合の多状態性の親和性情報・空間情報を特徴付けた。・構造情報を合わせることにより、新しい結合状態モデルを構築した。・得られた静的な結合状態モデルに基づき、実時間で情報伝達分子間の多結合状態を可視化する系を確立した。・実時間で情報伝達分子間で多結合状態の遷移過程(柔軟な分子認識過程)の観察に成功した。2.研究成果の発表本研究により得られた成果を、第44回日本生物物理学会年会、並びに欧文雑誌Journal of Molecular Biologyにて発表した。