プロトニックナノマシングループプロトニックナノマシンプロジェクト,ERATOhttp://www.fbs.osaka-u.ac.jp/labs/namba/npn/index_jp.htmlこちらから研究紹介のムービーをご覧いただけます。エネルギー変換等のしくみの解明を目指している。光学的あるいは電気的な一分子計測による高分解能動態解析を相補的に組み合わせ、生体ナノマシンの動作原理を追求して、将来のナノマシン設計、ナノテクノロジー基盤技術の確立に役立てる。細菌の運動器官であるべん毛は、約25種類のタンパク質分子がそれぞれ数個から数万個自己集合してリング状やらせん状構造体を形成し、細胞内から細胞膜を貫通し細胞外へと効率よく構築される巨大な分子複合体である。個々の構成タンパク質自身によって産み出される様々な制御機構があり、それにより順序よく構築が進むその自己構築機構を、各構成分子および部分複合体の立体構造とその動きをもとに解明する。形態変換スイッチ機構べん毛の回転駆動力を発生するモータの反転制御装置や、推進方向を逆転できるらせん型プロペラのべん毛繊維、ユニバーサルジョイントとして働くべん毛フックなど、機械的な信号やタンパク質間相互作用を通して伝えられる信号により複合体の構造をダイナミックに変換する、フレキシブルでかつ高精度のスイッチ機構を解明する。rpmにおよぶべん毛の高速回転を駆動する力発生機構を解明する。エネルギー変換機構べん毛モータの回転エネルギー源は、細胞膜を貫通するモータ分子複合体構造内のある部分を通して流れるプロトンやナトリウムイオンの極微小電流(数十フェムトアンペア)である。それを正確に計測し、モータ分子複合体が回転駆動力を発生する高効率のエネルギー変換機構を解明する。細胞外へ長く伸びるべん毛の自己構築は常に先端で起こり、構成蛋白質は細胞質側からべん毛の中心を貫通する細長いチャネルを通して先端まで輸送される。多くの病原菌は、病原性タンパク質を宿主細胞内に分泌するタイプIIIタンパク質分泌装置を持つが、べん毛モータの細胞質側にはそれとアミノ酸配列の相同性の高いタンパク質複合体が輸送装置の役割を果たし、ATPの加水分解エネルギーを利用してべん毛構成タンパク質を選択的に、一つ一つ順序よくチャネルの中に押し込み、べん毛先端への輸送を行う。立体構造解析と一分子計測によりこの輸送機構の解明を目指す。タンパク質ナノマシンの設計原理タンパク質ナノマシンは、その立体構造を自己形成し複合体を自己構築する能力、すなわち自己組織化の能力を持つ。ナノテクノロジーで最もハードルの高い量産技術がこれによりすでに確立しているため、将来のナノテクノロジーの技術基盤として高いポテンシャルを持つ。上記の研究をとおして得られた知識をもとに、柔軟でかつ高精度で働くタンパク質ナノマシンの設計原理を解明し、さまざまな人工ナノマシンの設計に役立てる。