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研究者紹介

生命をシステムとして理解するためには、細胞を眺めたり操作することで理解するトップダウン手法だけではなく、物質から細胞および部分的な生命システムを組み上げるボトムアップ手法が不可欠です。我々はボトムアップ材料である人工細胞や再構成型生命システムを用いて生命を理解することを通し、生命の設計図の解明や、生命を超越した物質材料の創発に挑戦しています。

研究業績紹介

■細胞再構成に向けた技術開発
・研究目的: 精製酵素による解糖系によりエネルギーが供給される無細胞タンパク質合成系の再構成
- タイトル: Cell-Free Protein Expression by a Reconstituted Transcription–Translation System Energized by Sugar Catabolism, Sato Gaku, Miyazawa Shintaro, Doi Nobuhide, Fujiwara Kei （Molecules） 29 （ 13 ） 2956 2024年6月
- タイトル: Metabolic Tug-of-War between Glycolysis and Translation Revealed by Biochemical Reconstitution, Sato Gaku, Kinoshita Saki, Yamada Takahiro G., Arai Satoshi, Kitaguchi Tetsuya, Funahashi Akira, Doi Nobuhide, Fujiwara Kei （ACS Synthetic Biology） 13 （ 5 ） 1572-1581 2024年5月
・研究目的: 高濃度細胞抽出物を用いた無細胞タンパク質合成活性の高機能化
- タイトル: A Relationship between NTP and Cell Extract Concentration for Cell-Free Protein Expression, Takahashi Katsuki, Sato Gaku, Doi Nobuhide, Fujiwara Kei （Life） 11 （ 3 ） 237 2021年3月
・研究目的: 試験管や人工細胞内におけるゲノムの転写翻訳技術の開発
- タイトル: Transcription-translation of Escherichia coli genome within artificial cells, Deyama Tatsuki, Matsui Yukino, Chadani Yuhei, Sekine Yasuhiko, Doi Nobuhide, Fujiwara Kei. （Chemical Communications） 57 10367-10370 2021年１０月
- タイトル: In vitro transcription-translation using bacterial genome as a template to reconstitute intracellular profile, Fujiwara Kei, Sawamura Tsunehito, Niwa Tatsuya, Deyama Tatsuki,Nomura Shin-ichiro, Taguchi Hideki, Doi Nobuhide, （Nucleic Acids Research） 45（19）11449-11458 2017年８月

■細胞サイズの空間における生化学反応の理解
・研究目的: 細胞サイズ空間におけるタンパク質局在化と生化学ネットワークの調節にみられる多分子競合の役割の解明
- タイトル: Multimolecular Competition Effect as a Modulator of Protein Localization and Biochemical Networks in Cell‐Size Space, Nishikawa Saki, Sato Gaku, Takada Sakura, Kohyama Shunshi, Honda Gen, Yanagisawa Miho, Hori Yutaka, Doi Nobuhide, Yoshinaga Natsuhiko, Fujiwara Kei （Advanced Science） 11 （ 6 ） 2024年2月
・研究目的: 複数のエネルギー供給体を利用した反応拡散波の周期制御
- タイトル: Controlling the Periodicity of a Reaction–Diffusion Wave in Artificial Cells by a Two-Way Energy Supplier, Takada Sakura, Yoshinaga Natsuhiko, Doi Nobuhide, Fujiwara Kei （ACS Nano） 16 （ 10 ） 16853-16861 2022年10月
・研究目的: 人工細胞に再構成されたMin波を用いた波動モード選択メカニズムの解明
- タイトル: Mode selection mechanism in traveling and standing waves revealed by Min wave reconstituted in artificial cells, Takada Sakura, Yoshinaga Natsuhiko, Doi Nobuhide, Fujiwara Kei （Science Advances） 8 （ 23 ） 2022年6月
- タイトル: Cell-sized confinement controls generation and stability of a protein wave for spatiotemporal regulation in cells, Kohyama Shunshi, Yoshinaga Natsuhiko, Miho Yanagisawa, Fujiwara Kei, Doi Nobuhide,
（eLife） 8 e44591 2019年7月

■人工細胞技術を用いた応用研究
・研究目的: 人工細胞の高機能化
- タイトル: Switching ON of Transcription‐Translation System Using GUV Fusion by Co‐supplementation of Calcium with Long‐Chain Polyethylene Glycol, Uwaguchi Yusuke, Fujiwara Kei, Doi Nobuhide （ChemBioChem） 22 （ 13 ） 2319-2324 2021年7月
- タイトル: System concentration shift as a regulator of transcription-translation system within liposomes, Akui Toshiki, Fujiwara Kei, Sato Gaku, Takinoue Masahiro, Nomura M. Shin-Ichiro, Doi Nobuhide (iScience) 24（8） 102859-102859 2021年8月
- タイトル: Regulation of spatiotemporal patterning in artificial cells by a defined protein expression system, Yoshida Aoi, Kohyama Shunshi, Fujiwara Kei, Nishikawa Saki, Doi Nobuhide （Chemical science） 10（48） 11064-11072 2019年12月
・研究目的: 人工細胞を用いた醗酵生産法の検討
- タイトル:Artificial cell fermentation as a platform for highly efficient cascade conversion
Fujiwara Kei, Adachi Takuma, Doi Nobuhide （ACS Synthetic Biology） 7（2）363-370 2017年１２月

研究の応用領域

・分子生物学
・合成生物学
・生物物理学

社会的意義

生物学の進展と医学的応用：生命はゲノムに部品情報がコードされているものの、実際にどう組み立っているかは不明でした。この原理が解明されると、自然の細胞とは異なる新しい生命機能の設計や、将来的には医療に資する新たな生物制御法の開発につながります。
理学的発展と有用材料の創出：細胞サイズでの分子反応が生じるときの特性とその制御法を開発することにより、ナノメディシンや高効率なバイオマテリアル設計への応用が可能になります。
工学的展開：人工細胞を用いた発酵生産のような物質合成技術により、従来の微生物発酵に依存しない、持続可能社会の実現に寄与する工学的展開が期待されます。
動画

  • 創る生物学により迫る生命の設計原理

    藤原 慶 理工学部生命情報学科 准教授

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