ベシクルを用いた超並列サスペンジョン型反応場の構築

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本研究では、ベシクルなどの微小小胞を反応場として捉え、サスペンジョン中の微小小胞内部の閉鎖空間において、酵素反応などの生化学反応を超並列的に進めることのできる反応場の構築を行った。昨年度はwater-in-oil-water(W/O/W)液滴の崩壊を利用し、アルギン酸とポリエチレンイミンのポリイオンコンプレックス(PIC)膜により構成されるマイクロカプセルの作製を行った。カプセルを反応場として用いるには、酵素などの高分子は小胞内部に保持され、基質などの低分子は小胞外から内部へ供給されるように物質透過性を制御する必要がある。本年度はまず、カプセルへの物質内包化、及びカプセルを構成するPIC膜の物質透過性の評価を行った。その結果、カプセル内へ固体粒子などを均一に内包化できた。また、カプセルのPIC膜は、低分子は透過する一方で、固体粒子や分子量一万以上の高分子はカプセル内に保持される、分子量に応じた選択的物質透過性を有することが分かった。次に、こうして作製した半透性マイクロカプセルを反応場とし、超並列サスペンジョン型反応場としての実証実験を行った。モデル系として無細胞タンパク質合成系を用い、カプセル内へのマイクロコンパートメント化を試みた。テンプレートDNAおよび無細胞タンパク質合成に関与する酵素等を半透性マイクロカプセル内へ分注し、半透膜を通じて核酸やアミノ酸などの基質分子の供給を行った。その結果、カプセル内において活性を有するタンパク質が合成された。テンプレートDNAを限界希釈することで、各々のカプセルにおいて、独立かつ並列的にタンパク質合成を行うこともできた。本研究の成果により、反応器の超並列的な操作が可能なサスペンジョン型反応システムの実現に関して重要な知見が得られた。