物性実験II

ソフトマター・生物物理

教員

教授/今井 正幸
准教授/宮田 英威
助教/大場 哲彦 助教/佐久間 由香

研究について

 生物の持つ機能を物理の側面から解明することは、これからの物理学の中でも最も挑戦的な研究課題の一つである。そこでは個々の構成要素が連携して一つのシステムとして機能しており、非線形・非平衡現象の宝庫である。この様な生命システムを物質科学を基本にして明らかにすることが当研究室の目的である。この目的に対して「ソフトマター物理」と「生物物理」の2つのアプローチにより迫る。「ソフトマター物理」からのアプローチとは、細胞として最も基本的な機能である、1)細胞膜(ベシクル)の自己生産、2)遺伝情報分子の自己複製、3)代謝反応経路、4)自己駆動、が連携して動くシステム(プロトセル)をソフトマター(両親媒性分子、高分子、液晶)で再現し、それによって物質からみた生命誕生を導く物理法則を明らかにしようとするものである。我々は、細胞を構成する最も単純な分子「脂質」の性質を利用することにより、ベシクルの接着、孔形成、自己生産(図1)、自己駆動(図2)を再現できる事を実験的に示し、生命機能の素過程を単純なモデルで説明する事に成功している。この成果を基に、遺伝情報分子と結合したモデル生命系の実現を目指して挑戦を続けている。「生物物理」グループでは、細胞を低周波磁場に曝露した時の細胞応答を明らかにしようとしている。生物が地磁気をはじめとする電磁場に感受性を持つことは広く認識されている。地磁気はマグネタイトからなる微粒子によって受容され、何らかのメカニズムにより細胞内化学信号へと変換されているものと推測されている。しかし、たとえば電力線起原の50ヘルツ磁場による細胞に対する作用が明らかにされているが、磁場がどのようにして認識されるかがわかっていない。そこで電磁場曝露により遺伝子レベルとタンパク質機能レベルで生じる変化を明らかにし、それを通じて生体への電磁場作用の「入り口」を解明するプロジェクトを進めている。また、これらの生命現象を解明する実験装置の開発も行なっている。すでに、生体膜の軟らかさ(流動性)をリアルタイムで可視化するシステムと、試料による任意の偏光変化を可視化するシステム(ミューラ行列顕微鏡)を開発し、生体膜の動的構造の解明に利用している

図1 温度サイクルによりベシクルの内側に子ベシクルを作り、外に生み出す birthing pathway
図2 化学物質の濃度勾配に反応して集まるベシクル
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