1分子計測を体験する(Single molecule measurement)
細胞動態計測研究グループ柳田敏雄(大阪)
細胞シグナル動態研究グループ上田昌宏(大阪)
先端バイオイメージング研究チーム渡邉朋信(大阪)
ナノバイオプローブ研究チーム神隆(大阪)
一細胞質量分析研究チーム升島努(大阪)
発生動態研究チーム大浪修一(神戸)
細胞極性統御研究チーム岡田康志(大阪)
生化学シミュレーション研究チーム高橋恒一(大阪)
多階層生命動態研究チーム古澤力(大阪)
合成生物学研究グループ上田泰己(神戸)
試験管内で遺伝子を発現させる (In vitro protein expression)
無細胞タンパク質合成研究ユニット清水義宏(神戸)
マイクロ・ナノ微細流路を加工した「マイクロチップ」を作製する
集積バイオデバイス研究ユニット田中陽(神戸)
研究テーマ
配属研究室・研究室主宰者(場所)
研究テーマ
1分子計測を体験する(Single molecule measurement)
配属研究室・研究室主宰者(場所)
細胞動態計測研究グループ柳田敏雄(大阪)
生命活動の維持に必須な運動機能を直接的に担う分子モーター・ミオシンを蛍光標識し、その分子動態を1分子レベルで観察もしくは力学的な操作を行う。2種類のミオシン(ミオシンV,VI)のステップパターンを解析し、ステップ様式の違いを検証する。細胞形態変化等に伴う細胞内のダイナミックな環境変化にミオシンが柔軟に対応し、生理的機能を果たす機構を明らかにするための、1分子イメージングや力学操作、モーター集合体の自己組織化のデザインを通したボトムアップアプローチを体験する。
研究テーマ
全反射蛍光顕微鏡を用いた細胞内1分子イメージング解析
配属研究室・研究室主宰者(場所)
細胞シグナル動態研究グループ上田昌宏(大阪)
全反射照明はカバーガラス近傍の数百ナノメーターにある蛍光分子のみを励起するため、背景光によるノイズを軽減し、感度良く蛍光分子を観察することができる。このため、全反射照明蛍光顕微鏡を用いれば、生きた細胞膜上に存在する蛍光標識した分子の挙動を1分子レベルで観察し、追跡することができる。この実習では、GPCR型の受容体や膜結合性のシグナル蛋白質を生きた細胞内で1分子レベルで可視化し、その動態の解析を行なう。こうした細胞内1分子イメージング解析を用いた細胞内シグナル伝達研究にふれる機会とする。
研究テーマ
生物顕微鏡を設計し構築し、観察する
配属研究室・研究室主宰者(場所)
先端バイオイメージング研究チーム渡邉朋信(大阪)
本チームでは、観察したい対象に最適な光学顕微鏡を、自ら構築し、計測を行っている。そのため、チーム内の研究者は、特定の専門領域だけではなく、遺伝子工学、細胞生物学、物理学、工学など、多岐に渡る知識と技術を必要とする。今回のQBiCスプリングコースでは、参加者に、その一端を体験して頂くために、蛍光を発する細胞を観察することを例題とした場合の我々が行う一連の作業を実習として予定している。具体的には、細胞への遺伝子導入、細胞培養を行うと同時に、レンズやミラーの光学特性を学び、顕微鏡の設計、および、構築を行う。事前知識の有無は問わないが、分野の壁を超える気合のある参加者が望ましい。
研究テーマ
癌細胞を蛍光イメージングするためのナノバイオプローブの作製
配属研究室・研究室主宰者(場所)
ナノバイオプローブ研究チーム神隆(大阪)
蛍光バイオイメージングは、生命科学研究において必須の計測技術である。現在では、生きたままで生体分子1分子から個体内の細胞レベルまでイメージングすることができる。実習では、ヒト乳癌細胞を培養し、癌を標的とする蛍光プローブを作製する。この蛍光プローブを用いて、共焦点蛍光顕微鏡により乳癌細胞を蛍光イメージングする。さらに、乳癌を移植したヌードマウスを用い、生体内における細胞イメージングを予定している。分子標的蛍光プローブ作製法および細胞培養法を通して先端的な蛍光イメージング技術を学ぶ。
研究テーマ
細胞変化の瞬間、分子群のうごめきをすぐ追跡
配属研究室・研究室主宰者(場所)
一細胞質量分析研究チーム升島努(大阪)
世界で初めての細胞内の分子群のリアルタイム追跡、これは生命科学のスピードと質を変えるかもしれません。アレルギー細胞や植物細胞をミクロに覗きながら、狙った時に狙った場所のうごめく分子群を補足、超感度質量分析という方法で分子群の種と量を捉えます。世界オンリーワンの体験をしてみて下さい。
研究テーマ
多細胞生物の発生動態を4次元顕微鏡で観察し解析する
配属研究室・研究室主宰者(場所)
発生動態研究チーム大浪修一(神戸)
受精卵が分裂を繰り返して3次元的な多細胞構造を形成する多細胞生物の発生の動態を4次元微分干渉顕微鏡を用いて撮影する。さらに、発生中の胚におけるヒストンやミオシンなどの様々なたんぱく質の動態をGFP標識たんぱく質発現株と4次元高速共焦点顕微鏡を用いて撮影する。取得した4次元動画像データを用いて、発生のメカニズムを解析する。
研究テーマ
生きた神経細胞を分子解像度で観察する
配属研究室・研究室主宰者(場所)
細胞極性統御研究チーム岡田康志(大阪)
脳神経系の機能単位は神経細胞である。生命現象の物質的基盤を担う単位はタンパク質などの生体分子である。分子の解像度で細胞の振る舞いを観察できれば、生命現象の理解は飛躍的に進むに違いない。私たちは、一分子計測技術と細胞を生きたままイメージングする技術を発展させることで、この目標に挑んでいる。実習では、実際に神経細胞を用いて、分子レベルのプロセスの実際を直接観察することに挑戦して貰う予定である。
研究テーマ
細胞内分子ダイナミクスのシミュレーション
配属研究室・研究室主宰者(場所)
生化学シミュレーション研究チーム高橋恒一(大阪)
細胞シミュレーター「E-Cell」を用い、分子ひとつひとつの運動まで考慮した1分子粒度で生化学反応経路の機能発現動態をシミュレーションします。シミュレーションモデルの作成の基礎、高性能計算機を用いた計算実験の計画と実行、さらに「顕微鏡シミュレーター」を使った計算結果の可視化までの一連の研究の流れを体験します。予備知識は必要ありません。
研究テーマ
進化の軌跡を実験室で解析する
配属研究室・研究室主宰者(場所)
多階層生命動態研究チーム古澤力(大阪)
生物システムは、環境の変化に対して柔軟に適応・進化することが可能である。その適応進化のダイナミクスを解析するために、ストレス環境下での大腸菌の進化実験によって得られたストレス耐性株について、マイクロアレイを用いた網羅的発現解析を行う。菌体からmRNAを抽出し、そのサンプルを蛍光標識した後に、マイクロアレイ解析に供する。得られた遺伝子発現量のデータから、バイオインフォマティクス解析を行い、どのような表現型の変化が適応度の上昇をもたらしているかを抽出する。ゲノム配列の変化など、その他のデータを統合することを通じて、大腸菌がどのような適応進化のメカニズムを持っているか議論する。
研究テーマ
遺伝子を設計し合成する(Gene Synthesis)
配属研究室・研究室主宰者(場所)
合成生物学研究グループ上田泰己(神戸)
作製したいタンパク質のアミノ酸配列を元に遺伝子情報を設計し、この遺伝子を組み上げるための短いDNA断片に分割する。この設計されたDNA断片を、DNA自動合成機を用いて化学的に合成し、DNAポリメラーゼを用いて各DNA断片を繋いで遺伝子を作製する。さらに、作製した遺伝子を細胞などに導入し、タンパク質を合成させる。このように、自ら設計した「情報」を化学、分子生物学などの技術を駆使して「機能」化する。
研究テーマ
試験管内で遺伝子を発現させる (In vitro protein expression)
配属研究室・研究室主宰者(場所)
無細胞タンパク質合成研究ユニット清水義宏(神戸)
PCRにより増幅させたDNA断片を無細胞タンパク質合成システムに投入し、タンパク質合成を行うことによって、DNA→RNA→タンパク質というセントラルドグマの流れを試験管内で再現する。また、合成させたタンパク質に対して、ペプチドタグを利用したアフィニティ精製を行い精製産物の検出を行うことにより、生化学の基本操作であるタンパク質の発現・精製・検出の一連の流れを体験する。
研究テーマ
マイクロ・ナノ微細流路を加工した「マイクロチップ」を作製する
配属研究室・研究室主宰者(場所)
集積バイオデバイス研究ユニット田中陽(神戸)
1mm以下のマイクロ空間の非常に特徴的な表面化学・物理特性や流体力学特性を活用して、これまで難しかった一細胞や一分子を個別に扱い、次世代のバイオや医療技術に貢献するための手法を提供するための手のひらサイズの微小流路加工基板、「マイクロチップ」を試作する。具体的には、コンピュータの素子作製などに使われる半導体加工技術である光パターニング技術・フォトリソグラフィー法をベースとし、髪の毛や蚊の針の太さ(10~100μm)と同じかそれ以下、最小ナノメートルサイズのきわめて細い流路や構造物を基板上に実際に加工し、デバイス技術の基礎となる微細加工技術に関する理解を深める。