IGEM:Kyoto/2008 ja/project

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Raise the Titanic!

プロジェクトの概要

今日までに、多くの研究者が細菌内での化学反応に着目し、有用な化学物質を作ろうと試みてきた。しかし、細胞の運動性に目をつけた研究は少なかった。私たちはそこに目をつけ、微小な細菌により巨大なパワーを引き出せたら面白いのではないと考えた。そこから我々のプロジェクトは始まった。ターゲットは、今もなお深海に沈んでいるタイタニック。この船体の表面に大腸菌を接着させ、細胞が生み出すガスによる浮力と鞭毛の運動で浮上させることが最終目標。私たちの研究は、細胞の持つ力の限界に挑もうとするものである。

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機能: 接着、浮力、推進力

私たちの大腸菌は以上3つの機能を備えている。

  • 機能A: チタンやポリスチレンへの接着
  • (遺伝子: luxI, luxR, gvpA, gvpB, gvpC)

    まず、細胞が船体に接着しなければならない。そのために、我々はLpp-OmpA-fusionタンパクを使ったcell surface displayを用いることにした。この方法によりグラム陰性菌の表面に特定のタンパク質を発現させることができる。今回、私たちはPCRクローニングによって得られた2つのペプチドTitanium-binding peptide (TBP)3、polystyrene binding peptide (PBP)4を使用した。

      <a href="http://openwetware.org/images/7/74/Kyoto-Binding.jpg" title="Image:Binding.jpg" target="_blank"><img alt="Binding" src="http://openwetware.org/images/7/74/Kyoto-Binding.jpg" border="0" width="300" height="250" /></a>
    
  • 機能B: 細胞密度を感知し、浮力機能が働く
  • (遺伝子: luxI, luxR, gvpA, gvpB, gvpC)

    私たちは、細胞が一定の密度に達したとき浮力機能が働き出すように設計した。細胞増殖速度を維持し十分な浮力を確保するためである。細胞密度感知には浮力発生源にはquorum sensing (QS) mechanism、浮力発生にはgas vesicleを用いた。細胞密度が低いときには浮力は発生せず、細胞の増殖速度は保たれる。しかし、密度が一定以上になるとQSによりガスが発生し、浮力が生じる。その仕組みは以下の通りである。細胞内には2つの遺伝子luxIとluxRが存在するが、luxIはacyl-homoserin lactone (AHL)を発生させ、LuxRはAHLと結合する。AHLは細胞間を自由に拡散するので、細胞の密度に比例して濃度が上昇する。luxRがAHLを感知すると、gas vesicleが活性化し、細胞は浮くことができる。

        <a href="http://openwetware.org/images/8/89/Kyoto-Quorumgas.jpg" target="_blank"><img alt="Quorumgas" src="http://openwetware.org/images/8/89/Kyoto-Quorumgas.jpg" border="0" width="300" height="250" /></a>
    
  • 機能C: 光により推進力が働く
  • 私たちの設計した大腸菌は光制御により鞭毛の効率を調整できる。

    目標とする機構は以下の通りである:

    1. CheZにより半時計回りに鞭毛が回転する。
    2. CheZは暗闇で活性化され、光によって抑制される。
    3. これにより、暗い海底側に接着している大腸菌は光の当たる海面側のものよりも鞭毛が効率的に働く。
    4. 結果として上方への推進力が生じる。

    光活性タンパクを作るため、BioBrickパーツからho1、pcyA、cph8を使用した。

       <a href="http://openwetware.org/images/e/e2/Kyoto-Flagella.jpg" target="_blank"><img alt="Flagella" src="http://openwetware.org/images/e/e2/Kyoto-Flagella.jpg" border="0" width="300" height="250" /></a>
    

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