マイクロメートルサイズの粒子の動きを光で制御することは、分子ロボット開発などのナノサイエンス領域で注目されています。私達は、アクチンフィラメント形成を利用して細胞内を運動する細菌から着想を得て、光刺激によるペプチドナノファイバー成長を駆動力としたマイクロメートルサイズの粒子の運動推進システムを開発しました。まず、ナノファイバー形成ペプチドと自己集合抑制能を有するDNAを光解離アミノ酸で連結したDNA-ペプチドコンジュゲートを設計しました。このコンジュゲートは自己集合が抑制されているためそれ自身はナノファイバーを形成しませんが、UV光を照射すると、ペプチドが遊離してナノファイバーを形成することを明らかとし、ナノファイバー形成の時空間制御に利用できることを示しました。このコンジュゲートを相分離したジャイアントリポソームの片面に導入することで、UV光照射によるリポソーム表面での局所的なナノファイバー成長によってリポソームの運動が推進されることがわかり、ナノファイバー形成による運動推進を実証しました。特に、光解離速度が速い光解離アミノ酸を用いた際に速い運動を示したことから、光解離部位の設計によりマイクロメートルサイズの運動を制御可能であることがわかりました。また、ジャイアントリポソームの代わりに三叉路DNAからなる球状集合体（Nucleo-sphere）を「車体」として用いることで、光の照射方向に応じて運動方向を制御することに成功しています。この系では、内部がDNAで充填されているNucleo-sphereの構造を利用して、光照射面で局所的なナノファイバー形成を誘起することで、光の照射方向から逃げる「負の走光性」を有する運動システムを実現したといえます。これらナノファイバー形成を駆動力とした運動推進は、天然の運動システムの理解につながるだけでなく、薬剤輸送のキャリアや分子ロボットの部品としての応用が期待されます。

講談社ブルーバックスWeb連載「光で発射！　人工「細菌ロケット」」

発表論文

• Chem. Commun., 51, 8020-8022 (2015). Inside Back Cover
• Sci. Rep., 8, 6243 (2018). Top 100 Chemistry Papers
• ACS Appl. Bio Mater., 4, 5425-5434 (2021). Supplementary Cover