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特集:マテリアルサイエンスで活躍するタンパク質 Part1
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特集にあたって
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芝清隆((財)癌研究会 癌研究所 蛋白創製研究部 部長)
--------------------------------------------------------------------------------
バイオナノプロセス ―タンパク質を利用した新規ナノデバイスの作製―
Bionanoprocess : Fabrication of Novel Nano electronic Device using Protein
Supramolecule
--------------------------------------------------------------------------------
三島由美子((独)科学技術振興機構 戦略的創造研究推進事業 研究員)
岩堀健治((独)科学技術振興機構 戦略的創造研究推進事業 研究員)
村岡雅弘(大阪工業大学 工学部 講師)
寒川誠二(東北大学 流体科学研究所 教授)
山下一郎(松下電器産業(株) 先端技術研究所 主幹研究員
;(独)科学技術振興機構 戦略的創造研究推進事業 研究代表者
;奈良先端科学技術大学院大学 物質創成科学研究科 客員教授)
--------------------------------------------------------------------------------
【目次】
1. はじめに-トップダウンからボトムアップへ-
2. バイオナノプロセス-バイオとナノテクの融合-
2.1 タンパク質によるナノ粒子の作製
2.2 配列化・2次元結晶化
2.3 タンパク質殻の除去によるナノドット配列の構築
3. 応用展開-フローティングゲートメモリー,ナノカラム-
4. おわりに
--------------------------------------------------------------------------------
バイオエレクトロニクスインターフェイスシステム
―電子移動を可能とするタンパク質の創製とデバイス開発への応用―
Novel Bioelectronics Interface System : Creation of Artificial Electron-
Transferring Proteins for Future Development of Bioelectronics Devices
--------------------------------------------------------------------------------
篠原寛明(富山大学 工学部 物質生命システム工学科 生命工学講座 教授)
藤井(岡山大学 大学院自然科学研究科 生体機能科学専攻 博士後期課程)
21世紀を担う情報変換,エネルギー変換,物質変換デバイスの開発のすべてにおいて,バ
イオとエレクトロニクスをつなぐインターフェイスとしての人工電子移動タンパク質分子
の創製がその鍵となるものと予期される。本稿では,電子移動機能を有する人工タンパク
質の設計・応用の研究現状を眺めるとともに,筆者らが進める4塩基コドンを利用する細
胞外タンパク質合成系による酸化還元機能性非天然アミノ酸を部位特異的に導入した人工
タンパク質の創製について紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 電子リレー機能を持つタンパク質分子の研究状況
2.1 補酵素や補欠分子族の化学修飾による電子リレータンパク質の設計
2.2 遺伝子工学的手法を利用する酸化還元タンパク質の人工改変
3. 酸化還元機能性非天然アミノ酸を部位特異的に導入した人工タンパク質の作製法
4. 酸化還元機能性天然アミノ酸を部位特異的に導入した変異ストレプトアビジンの合成
と電子移動機能の検討
5. おわりに
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バイオナノテクノロジー
―天然・人工タンパク質/ペプチドを利用したナノデバイスの作成研究―
Nanoscale Device Fabrication using Peptides and Proteins
--------------------------------------------------------------------------------
松井宏(City University of New York Department of Chemistry Hunter College
Associate Professor)
多機能のペプチドやタンパク質のナノチューブを用いてマテリアル合成やデバイス作製を
行う技術は,それらの分子認識機能を利用することにより人工的に作製が難しいナノサイ
ズのセンサーやエレクトロニクスを高い再現性で組み立てることを可能にする新しいアプ
ローチであり,これは次世代のバイオナノテクノロジー応用の代表的な例である。
--------------------------------------------------------------------------------
人工ペプチドによる機能性分子配列制御
Nano fabrication using Artificial Peptide Aptamer
--------------------------------------------------------------------------------
佐野健一((財)癌研究会 癌研究所 蛋白創製研究部 JST 研究員)
芝清隆((財)癌研究会 癌研究所 蛋白創製研究部 部長)
次世代のナノテクノロジーの要素技術として,生物の形作りに倣った,自己組織化による
構造体構築が注目を集めている。本稿では,半導体材料など非生物利用材料を特異的に認
識・結合する人工ペプチドの創出と,これらペプチドアプタマーが持つ「多機能性」を紹
介し,このような人工ペプチドを用いて,どのように自己組織化的なナノ構造体形成が進
められているかを紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 金属・半導体に結合する人工ペプチドの創出
3. バイオミネラル成長と自己組織化
4. バイオミナラリゼーションの空間制御
5. ペプチドアプタマーによるダイレクトパターンニング
6. ケージタンパク質を用いたナノパターニング
7. おわりに
--------------------------------------------------------------------------------
生物の水中接着タンパク質研究と材料科学の接点
Intersection between Underwater Adhesive Study and Material Research
--------------------------------------------------------------------------------
紙野圭((株)海洋バイオテクノロジー研究所 主任研究員)
水圏生物は水中接着のスペシャリストである。気中接着とは異なる原理に基づくその複合
機能には複雑な分子システムが関与していた。生物の水中接着物質研究の現状を概観し,
付着性甲殻類フジツボの水中接着タンパク質複合体について解説し,材料科学との接点と
してのペプチド性材料開発に言及する。
【目次】
1. はじめに
2. 水圏生物の水中接着物質
2.1 フジツボの水中接着物質cement
2.2 イガイの付着基としての足糸
3. フジツボの水中接着タンパク質群
4. フジツボの水中接着基形成分子モデル
5. 生体水中接着物質研究と材料科学の接点
6. おわりに
--------------------------------------------------------------------------------
蜘蛛絹糸タンパク質の繰り返し配列を利用した人工タンパク質繊維の創製
Construction of Novel Protein Fiber Consisted of Repeated Motifes from Spider
Dragline Silk
--------------------------------------------------------------------------------
波多江真二(東洋大学 工学部 工学研究科 博士後期課程)
福島康正(東洋大学 工学部 応用化学科 教授)
蜘蛛が作り出している牽引糸は,人類が作り出した優れた繊維と同等の強度を持っている
天然繊維である。近年,この牽引糸に関する研究が盛んに行われており,様々な試みがな
されている。牽引糸やそのモチーフを使った研究内容とその功績を中心に,新たな試みに
ついて紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 牽引子の物性と構造
3. 人工スパイダーシルク素材の開発
3.1 研究開発の目的
3.2 人工構築へのアプローチ
4. 様々な線維タンパク質を利用した開発
5. おわりに
BIO R&D
--------------------------------------------------------------------------------
ヘリコバクター・ピロリの胃粘膜への接着を阻害する乳タンパク由来物質 FP-10
Milk Protein Derived Substance FP-10 that Inhibits the Adhesion of Helicobacter
pylori to Gastric Mucosa
--------------------------------------------------------------------------------
平本茂(日清ファルマ(株) 健康科学研究所)
木村修武(日清ファルマ(株) 開発部)
鈴木良雄(日清ファルマ(株) 開発部)
Helicobacter pylori(H. pylori)は,菌体表面のウレアーゼが接着因子として機能し,
ヒトの胃粘膜ムチンを受容体として胃粘膜に結合することが明らかになった。この結合
を阻害する乳タンパク由来物質FP10を開発したので,開発経緯から臨床成績までを簡単
に紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. H.pyloriの接着のメカニズム
3. カゼイン重合物FP-10
4. 今後の展望
--------------------------------------------------------------------------------
金ナノ粒子を用いた簡易診断技術開発
New Synthesis Method of Gold Nano Particles and its Application to Rapid
Diagnostic Tests
--------------------------------------------------------------------------------
渡部正利(工学院大学 錯体化学研究室 教授)
古川成明(工学院大学 錯体化学研究室 属託)
赤松優(大塚製薬(株) 診断事業部 研究部 部長)
織田哲弥(大塚製薬(株) 診断事業部 研究部 研究員)
抗原抗体反応のマーカーとして金コロイドは多くの利点を持つ。市販の金コロイドは概し
て高価であり,濃縮すると凝集しやすく,また,冷蔵保存が必要である。筆者らは,まっ
たく新しい方法で金コロイドを合成し,これらの問題点を克服した。今回,肺炎球菌抗原
に対する抗体(抗肺炎球菌抗原抗体)を新合成による金コロイドで標識した金コロイド標
識抗体を作製して非常に良い結果を得た。
【目次】
1. はじめに-金コロイドについて-
2. 疎水コロイドと親水コロイド
3. 金コロイドと病理検査
4. 金コロイドの作成とタンパクリガンド結合
5. 金コロイドの作成
5.1 Frensの方法
5.2 Slotの方法
5.3 渡部の方法
6. 金コロイドを用いた診断薬(イムノクロマト法)
7. 肺炎球菌抗原検出キットへの適応
--------------------------------------------------------------------------------
ビーズを用いた生体分子間相互作用解析技術の開発
Development of a Platform for the Monitoring of Biomolecular Interactions using Microbeads
--------------------------------------------------------------------------------
原田慶恵(東京都医学研究機構 東京都臨床医学総合研究所 副参事研究員)
筆者らは,エバネッセント照明を組み込んだ蛍光顕微鏡による高感度蛍光イメージング技
術と,生体分子を結合させたマイクロビーズをガラス基板上にアレイ化する技術を組み合
わせて,生体分子間相互作用の新しい解析法を開発した。このシステムは,微量の試料し
か必要とせず,分子間の結合や解離などの過程を実時間解析することができる。また,既
存の方法では計測が難しかった低分子化合物でも感度良く計測が可能である。さらに,
in vitro翻訳によるタンパク質の蛍光標識方法と組み合わせることで,より解析の高速化
を行うこともでき,ポストゲノム時代の解析ツールとして期待できる。
【目次】
1. はじめに
2. 蛍光色素の高感度イメージング
3. マイクロビーズのアレイ化
4. 抗原と抗体の結合の解析
5. 低分子化合物-タンパク質分子間相互作用解析
6. タンパク質混液中の特定タンパク質の定量
7. NFkB-kB配列/変異配列間相互作用の解析
連載:バイオベンチャー起業物語<第8話:(有)アルティザイム・インターナショナル>
--------------------------------------------------------------------------------
究極の酵素 TMをデザインし,新規バイオセンシング技術を開発する
--------------------------------------------------------------------------------
山﨑智彦((有)アルティザイム・インターナショナル 主任研究員・取締役)
(有)アルティザイム・インターナショナルは,東京農工大学大学院教員・早出広司教授
(技術経営研究科技術リスクマネジメント専攻,工学教育部生命工学専攻バイオビジネス
分野)の生命工学関連の研究成果を活用し,これを産業界に還元することを第一の使命と
した大学発の「研究成果活用型企業」として平成 15年5月に起業された。社名は,究極(Ultimate)の酵素(Enzyme)に由来し,究極の酵素,Ultizyme TMの開発を通し,産業
界のニーズに的確にマッチングした生命工学製品を社会に輩出していくことを使命とした
東京農工大学期待のバイオベンチャーである。
<アルティザイムは登録商標 商標登録番号 第4760846号>
PROFILE やまざき ともひこ: 2000年3月東京農工大学大学院工学研究科物質生物工学
専攻博士後期課程修了,博士(工学)。00年4月日本学術振興会特別研究員。03年4月独産
業技術総合研究所NEDO フェロー。05年4月東京農工大学大学院技術経営研究科助教授
(現職)。03年5月より(有)アルティザイム・インターショナル社非常取締役(兼任)。
05年4月より(有)アルティザイム・インターショナル社主任研究員・取締役(兼任)に就任。
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特集にあたって
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芝清隆((財)癌研究会 癌研究所 蛋白創製研究部 部長)
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バイオナノプロセス ―タンパク質を利用した新規ナノデバイスの作製―
Bionanoprocess : Fabrication of Novel Nano electronic Device using Protein
Supramolecule
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三島由美子((独)科学技術振興機構 戦略的創造研究推進事業 研究員)
岩堀健治((独)科学技術振興機構 戦略的創造研究推進事業 研究員)
村岡雅弘(大阪工業大学 工学部 講師)
寒川誠二(東北大学 流体科学研究所 教授)
山下一郎(松下電器産業(株) 先端技術研究所 主幹研究員
;(独)科学技術振興機構 戦略的創造研究推進事業 研究代表者
;奈良先端科学技術大学院大学 物質創成科学研究科 客員教授)
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【目次】
1. はじめに-トップダウンからボトムアップへ-
2. バイオナノプロセス-バイオとナノテクの融合-
2.1 タンパク質によるナノ粒子の作製
2.2 配列化・2次元結晶化
2.3 タンパク質殻の除去によるナノドット配列の構築
3. 応用展開-フローティングゲートメモリー,ナノカラム-
4. おわりに
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バイオエレクトロニクスインターフェイスシステム
―電子移動を可能とするタンパク質の創製とデバイス開発への応用―
Novel Bioelectronics Interface System : Creation of Artificial Electron-
Transferring Proteins for Future Development of Bioelectronics Devices
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篠原寛明(富山大学 工学部 物質生命システム工学科 生命工学講座 教授)
藤井(岡山大学 大学院自然科学研究科 生体機能科学専攻 博士後期課程)
21世紀を担う情報変換,エネルギー変換,物質変換デバイスの開発のすべてにおいて,バ
イオとエレクトロニクスをつなぐインターフェイスとしての人工電子移動タンパク質分子
の創製がその鍵となるものと予期される。本稿では,電子移動機能を有する人工タンパク
質の設計・応用の研究現状を眺めるとともに,筆者らが進める4塩基コドンを利用する細
胞外タンパク質合成系による酸化還元機能性非天然アミノ酸を部位特異的に導入した人工
タンパク質の創製について紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 電子リレー機能を持つタンパク質分子の研究状況
2.1 補酵素や補欠分子族の化学修飾による電子リレータンパク質の設計
2.2 遺伝子工学的手法を利用する酸化還元タンパク質の人工改変
3. 酸化還元機能性非天然アミノ酸を部位特異的に導入した人工タンパク質の作製法
4. 酸化還元機能性天然アミノ酸を部位特異的に導入した変異ストレプトアビジンの合成
と電子移動機能の検討
5. おわりに
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バイオナノテクノロジー
―天然・人工タンパク質/ペプチドを利用したナノデバイスの作成研究―
Nanoscale Device Fabrication using Peptides and Proteins
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松井宏(City University of New York Department of Chemistry Hunter College
Associate Professor)
多機能のペプチドやタンパク質のナノチューブを用いてマテリアル合成やデバイス作製を
行う技術は,それらの分子認識機能を利用することにより人工的に作製が難しいナノサイ
ズのセンサーやエレクトロニクスを高い再現性で組み立てることを可能にする新しいアプ
ローチであり,これは次世代のバイオナノテクノロジー応用の代表的な例である。
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人工ペプチドによる機能性分子配列制御
Nano fabrication using Artificial Peptide Aptamer
--------------------------------------------------------------------------------
佐野健一((財)癌研究会 癌研究所 蛋白創製研究部 JST 研究員)
芝清隆((財)癌研究会 癌研究所 蛋白創製研究部 部長)
次世代のナノテクノロジーの要素技術として,生物の形作りに倣った,自己組織化による
構造体構築が注目を集めている。本稿では,半導体材料など非生物利用材料を特異的に認
識・結合する人工ペプチドの創出と,これらペプチドアプタマーが持つ「多機能性」を紹
介し,このような人工ペプチドを用いて,どのように自己組織化的なナノ構造体形成が進
められているかを紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 金属・半導体に結合する人工ペプチドの創出
3. バイオミネラル成長と自己組織化
4. バイオミナラリゼーションの空間制御
5. ペプチドアプタマーによるダイレクトパターンニング
6. ケージタンパク質を用いたナノパターニング
7. おわりに
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生物の水中接着タンパク質研究と材料科学の接点
Intersection between Underwater Adhesive Study and Material Research
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紙野圭((株)海洋バイオテクノロジー研究所 主任研究員)
水圏生物は水中接着のスペシャリストである。気中接着とは異なる原理に基づくその複合
機能には複雑な分子システムが関与していた。生物の水中接着物質研究の現状を概観し,
付着性甲殻類フジツボの水中接着タンパク質複合体について解説し,材料科学との接点と
してのペプチド性材料開発に言及する。
【目次】
1. はじめに
2. 水圏生物の水中接着物質
2.1 フジツボの水中接着物質cement
2.2 イガイの付着基としての足糸
3. フジツボの水中接着タンパク質群
4. フジツボの水中接着基形成分子モデル
5. 生体水中接着物質研究と材料科学の接点
6. おわりに
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蜘蛛絹糸タンパク質の繰り返し配列を利用した人工タンパク質繊維の創製
Construction of Novel Protein Fiber Consisted of Repeated Motifes from Spider
Dragline Silk
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波多江真二(東洋大学 工学部 工学研究科 博士後期課程)
福島康正(東洋大学 工学部 応用化学科 教授)
蜘蛛が作り出している牽引糸は,人類が作り出した優れた繊維と同等の強度を持っている
天然繊維である。近年,この牽引糸に関する研究が盛んに行われており,様々な試みがな
されている。牽引糸やそのモチーフを使った研究内容とその功績を中心に,新たな試みに
ついて紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 牽引子の物性と構造
3. 人工スパイダーシルク素材の開発
3.1 研究開発の目的
3.2 人工構築へのアプローチ
4. 様々な線維タンパク質を利用した開発
5. おわりに
BIO R&D
--------------------------------------------------------------------------------
ヘリコバクター・ピロリの胃粘膜への接着を阻害する乳タンパク由来物質 FP-10
Milk Protein Derived Substance FP-10 that Inhibits the Adhesion of Helicobacter
pylori to Gastric Mucosa
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平本茂(日清ファルマ(株) 健康科学研究所)
木村修武(日清ファルマ(株) 開発部)
鈴木良雄(日清ファルマ(株) 開発部)
Helicobacter pylori(H. pylori)は,菌体表面のウレアーゼが接着因子として機能し,
ヒトの胃粘膜ムチンを受容体として胃粘膜に結合することが明らかになった。この結合
を阻害する乳タンパク由来物質FP10を開発したので,開発経緯から臨床成績までを簡単
に紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. H.pyloriの接着のメカニズム
3. カゼイン重合物FP-10
4. 今後の展望
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金ナノ粒子を用いた簡易診断技術開発
New Synthesis Method of Gold Nano Particles and its Application to Rapid
Diagnostic Tests
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渡部正利(工学院大学 錯体化学研究室 教授)
古川成明(工学院大学 錯体化学研究室 属託)
赤松優(大塚製薬(株) 診断事業部 研究部 部長)
織田哲弥(大塚製薬(株) 診断事業部 研究部 研究員)
抗原抗体反応のマーカーとして金コロイドは多くの利点を持つ。市販の金コロイドは概し
て高価であり,濃縮すると凝集しやすく,また,冷蔵保存が必要である。筆者らは,まっ
たく新しい方法で金コロイドを合成し,これらの問題点を克服した。今回,肺炎球菌抗原
に対する抗体(抗肺炎球菌抗原抗体)を新合成による金コロイドで標識した金コロイド標
識抗体を作製して非常に良い結果を得た。
【目次】
1. はじめに-金コロイドについて-
2. 疎水コロイドと親水コロイド
3. 金コロイドと病理検査
4. 金コロイドの作成とタンパクリガンド結合
5. 金コロイドの作成
5.1 Frensの方法
5.2 Slotの方法
5.3 渡部の方法
6. 金コロイドを用いた診断薬(イムノクロマト法)
7. 肺炎球菌抗原検出キットへの適応
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ビーズを用いた生体分子間相互作用解析技術の開発
Development of a Platform for the Monitoring of Biomolecular Interactions using Microbeads
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原田慶恵(東京都医学研究機構 東京都臨床医学総合研究所 副参事研究員)
筆者らは,エバネッセント照明を組み込んだ蛍光顕微鏡による高感度蛍光イメージング技
術と,生体分子を結合させたマイクロビーズをガラス基板上にアレイ化する技術を組み合
わせて,生体分子間相互作用の新しい解析法を開発した。このシステムは,微量の試料し
か必要とせず,分子間の結合や解離などの過程を実時間解析することができる。また,既
存の方法では計測が難しかった低分子化合物でも感度良く計測が可能である。さらに,
in vitro翻訳によるタンパク質の蛍光標識方法と組み合わせることで,より解析の高速化
を行うこともでき,ポストゲノム時代の解析ツールとして期待できる。
【目次】
1. はじめに
2. 蛍光色素の高感度イメージング
3. マイクロビーズのアレイ化
4. 抗原と抗体の結合の解析
5. 低分子化合物-タンパク質分子間相互作用解析
6. タンパク質混液中の特定タンパク質の定量
7. NFkB-kB配列/変異配列間相互作用の解析
連載:バイオベンチャー起業物語<第8話:(有)アルティザイム・インターナショナル>
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究極の酵素 TMをデザインし,新規バイオセンシング技術を開発する
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山﨑智彦((有)アルティザイム・インターナショナル 主任研究員・取締役)
(有)アルティザイム・インターナショナルは,東京農工大学大学院教員・早出広司教授
(技術経営研究科技術リスクマネジメント専攻,工学教育部生命工学専攻バイオビジネス
分野)の生命工学関連の研究成果を活用し,これを産業界に還元することを第一の使命と
した大学発の「研究成果活用型企業」として平成 15年5月に起業された。社名は,究極(Ultimate)の酵素(Enzyme)に由来し,究極の酵素,Ultizyme TMの開発を通し,産業
界のニーズに的確にマッチングした生命工学製品を社会に輩出していくことを使命とした
東京農工大学期待のバイオベンチャーである。
<アルティザイムは登録商標 商標登録番号 第4760846号>
PROFILE やまざき ともひこ: 2000年3月東京農工大学大学院工学研究科物質生物工学
専攻博士後期課程修了,博士(工学)。00年4月日本学術振興会特別研究員。03年4月独産
業技術総合研究所NEDO フェロー。05年4月東京農工大学大学院技術経営研究科助教授
(現職)。03年5月より(有)アルティザイム・インターショナル社非常取締役(兼任)。
05年4月より(有)アルティザイム・インターショナル社主任研究員・取締役(兼任)に就任。
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