IGEM:Tokyo/2008/ideas

<IGEM:Tokyo

どういうことを生物にさせたいか、案が思いついたら書き込んでみましょう。

idea ①

大腸菌に送受信systemを持たせ、信号のリレーみたいのを組む。 その際、大腸菌は極性的に列に並ばせたり。 もしくは、送受信systemに特異性というか、いくつかのパターンを作っておいて、 大腸菌の整列を何かの形にして、ちょっとした大腸菌イルミネーションができちゃったら、面白いかもしれません。(lisa)

要するに大腸菌の集合体に自らの力で形を作らせようということですね。発生学専攻してるので個人的には好きです。コンセプトとしては多細胞生物の発生過程に似てると思います。進化上初期の多細胞生物がどのような方法で形を作ったり、それぞれの細胞に違った機能を持たせていったのか調べてみると何かヒントが得られるかもしれませんね。

うん、難しいけど夢のある案だ。

Craig

idea ②

ものは振動すれば音が出るならば…
細胞に一定の振動運動をさせて、音を奏でられたら。。。
(outputを聴覚や嗅覚に頼る…) (lisa)

idea ③

Magnetitosome というのをご存知ですか。
磁性細菌の中にある磁石の一種で、磁性細菌はこれをコンパスのように使っているらしいです。
動く磁場は金属中に電流を流すことができる。
これに応用すれば、磁石を持った細菌を一方向に動かすことで発電できるのではないか。
と考えてみました。

でも、せいぜい豆電球を光らせるぐらいが限度かな？ （Daichi）

どれくらいの力があるのか気になりますね。そういうことを調べた論文てないのかな。Craig

磁力を調べた論文はあるけど、その磁力がどのくらいの力に相当するのかはよく分からなかったな。　Daichi

鞭毛を使った大腸菌を使って力を生み出すアプリケーションが今まで何個も挙がってるんだけど鞭毛と表面接着を同時に使うことの難しさから実現されてなかったんだよね。この方法だったらそれもできそうだから気になる案ではある。Craig

磁石で大腸菌同士がくっつくってこと？それを含めて観察してみると面白いかもね！　Daichi

12/1のミーティングで出たアイデア

12/1に出たアイデアを箇条書きで記載します。私の理解力不足で、発案者の意図と内容が違っていれば、訂正してください。　Chie

[環境を考えたもの] ＊大腸菌をクーラーやヒーターとして使えないか。
　 　大腸菌はミトコンドリアなどにエネルギーを貯蔵している⇒このエネルギーを熱に変換して利用。

　＜課題＞

　細胞膜における情報や物質のやり取り・イオンチャンネルについて調べる必要がある。
＊プラスチックを食べる大腸菌。
　プラスチックを破砕or溶かし、エネルギーとする。
　水溶性のプラスチックを分解する酵素を発現するようにする。
　＜課題＞
　水溶性プラスチックについて調べる。生分解性プラスチックとか。

[磁性細菌を用いるもの]

＊細胞一個体から情報を発信するデバイスをつくれないか。
　 　がん細胞など有害な細胞を見つけると、その情報を細胞外に（観測者に）伝える。
　 　光だと、体内で光っていても、体外では（人の目には）見えない⇒ 　 　電場・磁場を利用した出力にする。
　 　＜課題＞
　 　磁性細菌について調べる必要。

＊大腸菌をメモリー装置として使う。
　 　メモリー装置内にも論理ゲートなどはあるし、磁性の応答が速い。
　 　集合的なデバイスとして何か働かせられないか。
　 　＜課題＞
　 　北京大学やチューリッヒ大学でも同じような研究をしていたみたいなので、調べる必要あり。

＊大腸菌を使った電気素子を作る。⇒出力された曲線はどうなるのかな？
　 　抵抗＝生物自体もなりうる。
　 　コンデンサー＝分極している大腸菌。
　 　ダイオードを作れないか。（一方向性の電流を使うので）。
　 　大腸菌を電子の輸送体に。逆流すると、電気流れて、大腸菌が死んじゃうことで一方向性を・・・。
　 　＜課題＞
　 　抵抗はどんなものになるか。コンデンサー・導線をどのように作るか。
　 　＜これに対して新たに出た案＞
　 　電子じゃなくて、タンパク質の輸送によるシグナル伝達はどうか。
　 　電磁波の受容アンテナに使える？
　 　大腸菌をつなげるのではなく、大腸菌内に一つの回路を作れないか？

　[振動を利用するもの]
＊人が感知できないものを感知する。⇒発する
　地震を感知する細菌。
　inputは物理的な何か。電磁波とか。
＊磁性細菌を自発的に振動させて、電気を発電する。
　他の何かとつなげて、電磁波や信号を飛ばす。
＊音（空気の振動）を大腸菌にinputして大腸菌にオウム返ししてもらう。
　うすい膜上に培養して振動。大腸菌で楽器つくってもいいかも。

＜課題＞

細菌の振動を磁性のキャンセルとかが生じないように行うには固体上に培養する必要。
納豆菌（水の多いところで生存しにくい）⇒吸水性物質を合成。水分をゲル化。これを振動させれないか。（磁性とか音とか・・・。）
可聴域の音を出すにはかなりの振動数がいる。常に振動している心筋を利用できないか。

[医療]
＊免疫作用をもつ大腸菌。
　・異物が体内に入った時に分解or取り出す。
　・抗体を作りにくい抗原に対して、抗体の役割を果たす。
　＜課題＞
　大腸菌が異物として認識されない方法を探す必要。

[触覚]
＊薬品をいれると触覚が変わる。
　シグナルによって強度・形状・物質変化を起こす。
＊触りたくないものに対して、大腸菌をばらまく⇒ネバネバしたものなら緑、さらさらしたものなら黄色というように触覚の信号変換を起こさせる。
　触りたくないものを大腸菌の変化により性質を同定。
＜課題＞
大腸菌が圧力に対してどのくらいひずむかわかればモノの固さを推定できるのでは。
outputを形状変化にするのか、触覚を変える物質を発現させるのか。

[アクティブな大腸菌]
＊迷路を解ける大腸菌。
スタートするとかならずゴールに着く。（最短距離とかで）
ゴールに行く子のみ生き残る。
＜課題＞
粘菌は迷路を解ける。化学走性。（しかも最短距離）
迷路が解けるメカニズムを調べる必要。
＊大腸菌にサッカーさせよう！
　選手は一方向に磁性をもつ細菌と反対方向に磁性を持つ細菌。
　ボールは常磁性をもつ。ビーカーに磁性をかけてゲームスタート。
＜課題＞
ただボールに大腸菌が集まるだけになっちゃうかも。
ぶつかる強さによって結合力が変わるようにする。

12/15のミーティングで出たアイデア

問題点や課題などは赤で表記しています☆　書記長
①磁性細菌
通信に使えるか
どれくらいの電磁波だせるか→
磁性細菌のもっている磁石
バイオマグネタイト５０～１０nm/一粒子あたり
２０～４０個/cell、波長１０－２ｍ

In　Wiki論文
電磁力線にそって移動するため→タンパク質による。無いとランダムに。
鉄の並び方により磁性が強くなったり弱くなったり。
いくつかの細菌を同時に動かせるか？
ごちゃごちゃした→一直線に並べる難しい？
定常磁場それに沿って菌移動→敏感に反応するように
超電導の中にびしょうの磁石が移動→輪に入る磁石で観測→輪を小さくすればパルスに
（いくものともどるもの相殺される。）
輪を通るときに発生する電流はいくらか？
応用→センサー
・細菌を飲み込んで、どこにいるかがわかる。細菌の中で作らせるか。
・電気機械ならどこが壊れたかわかるかも。
・電子伝達系のモータータンパクを動かして発電とか。
・デバイスとして何か作れないか。
・膜たんぱく質で磁場を発生させれないか。
細胞内で回転を利用したもの（膜輸送のチャネル）
②細胞膜における情報伝達
膜輸送タンパク→動きが大きい→何かに使える？
磁性を加えることで何か動きを変えられる？
③音・振動
何を使ったら音を感知できるか。
どんな性質があるか。
細菌を使って音を変化させる。
分泌物質による伝導率・抵抗の違い。→電解質がカギ。
細菌を早く振動させるのは大変。→かなりエネルギーいる。→膜たんぱく質の利用？
大腸菌の鞭毛→回転させて運動何かをくっつけて物理的な力に。結構大きいらしい
心筋細胞０．７Hz
Cellをsheet状にして振動させる。
緑濃菌自分でシート状に
厚さいくら？
鞭毛の動き・細胞内骨格に依存→走化性を使って好きな方向に動かせる。
ドラッグデリバリーシステム。標識のシグナル。内部の状況によって薬を放出。
大腸菌一定方向に向かう→化学物質じゃなくて磁石を使って方向自由に。
音→アンプを作れないか？
細胞が音を出すかだけでも。
ガスを発生させて空気の振動で音に。
セルロースを使って音に
アウトプットを電気に。
モータータンパクの回転数は？
同じ音を出させるのは簡単だけど、使う音の違いを感知する必要性。
どの案も外部の検出器に依存する？
④磁石→メモリ
０or１を保存したい（タンパクの発現の丸バツで）
立方体のゲル
GFPなどを発現光で読み取り。
いっせいに発光させるとよみとりづらい。
読みたいところだけ発現させる。光がなくなると発現しない
大腸菌1個１μmなので1cm立方体で１TB
１bit読み取るのに１５分かかるのは大変かも。
途中で書き換えできるようにすると面白いよね。
書き換えにくい
遅いことをメリットとして使えないか？
書き込みも外部刺激で。→早くできる
Dflip－flop（北京大学）
メモリ劣化するかも。ひかりで入力するとかなり大腸菌劣化しそう。ストレスかかる。
増殖すると困る。
光さえ当てれば光る。
DNAコンピューテイング限界がある
入力と出力もDNAにすれば。生物ってことを利用できないか。
反応をしつつ違う反応を。時間のロスを短縮。
光を読み取る生物は？
・現在のデバイスよりは劣っている→評価低くなる？面白ければいい。
使えなかったら意味ない？→気にするな。機械じゃないもん。
大腸菌をある配列に並べるの大変。
どの色をだすか。DNAによって決まるのでは？→オペレーターにとって調整できます。TetRとか。
隣に影響を与えちゃう。レーザーの技術は厳しいかも。
光→細胞内のタンパク質状態を変えることができる。
並べるとき→細胞シートを利用すれば？
液体の中だと、自由に動いちゃう。
10cmに5mmぐらいはできるかな。
いったい何を記憶するの？
言葉などを0,1に置き換えて、大腸菌に覚えさせる。
ここの変換は人工的な装置を用意ってことかな。
０→光る１→光らない
書き込んだあと光を消すには？読み取るときも同じ光をつかうの？
縦から光をあてて、横から発光しているかで読み取る。
光る光らないでやった場合は分解能が効いてくるね。→距離の違い。
⑤タンパク伝達で回路を作るのは難しい。
Igemは論理ゲート作ってきた。たんぱくの結合を共役させてなにかできないか
DNAやRNAを使って。１→赤0→緑しかできてない。
出力は光→単純に細胞間の情報伝達できてないから。
高い選択性のある物質を。（抗原抗体反応は使えるかな）
生物回路は不安定。変わることで生物自身が消えることも。→改良の余地あるよね。
⑥サッカー
磁力線に沿って大腸菌を動かすことに対してかかわる。
大腸菌の個性はかなり小さい。
大腸菌にボールとゴールと敵と味方をどう認識するの？
サッカーはどう認識？
もし、何か動きをみたいなら、ゴールに大腸菌の好きなものをおいて、軌跡を見る。
ビデオを撮って、早く再生すれば？
磁石頭をSにお尻をNに、敵は逆にすれば判断できる？
ポジションの固定をすれば？
ユニフォームはGFP、RFPとかで。
⑦プラスチックを食べる大腸菌
プラスチックを食べる微生物がいる。調べる必要有。
⑧オンとオフができれば？
細菌を冬眠させる。
木に昼は活動させて、夜は活動させない。
光合成が効率よくできるのでは？
Ex.雨が降ると色が変わる花。
多細胞生物ならあるけど、大腸菌だったらないかな。
細胞のほうがマニピュレーションが難しいので注意。
⑨大腸菌ルービックキューブは面白い。
⑩大腸菌でイルミネーション→閾値によって応答に時差が起きる。
場所によって光りかた変わったり。
千葉大のが使えるかも。

コメント

書記長さんありがとうございます。参加してないので意味がよくわからないところがいくつかあるのですが少し意見残していきます。

1)発電なら過去になんチームか挑戦してたと思います。08 Harvardと07, 06にもいた気がする。正直この辺りの物理学についてはわからないことばかりなのであまりコメントできずにいます。専門家に任せます。

2)磁性を加えて動きを変えて何をしたいのでしょうか？膜たんぱく質にわざわざ磁性を加える利点ってなんでしょう。

4)光を消すのはＧＦＰにタグをつければ比較的簡単にできると思います。論文紹介のページの６番参照。 液体の中で自由に動くとのことですが、これは大腸菌を固定させたりすればなんとかできるんじゃないでしょうか。

5)タンパク質の結合で情報を伝えるってアイデアは面白いですね、signal transductionなんか実際にこれを使って回路を作ってますね。複数の入力を統合して一つ、または複数の出力が出たりします。そのようなシステムを作るのも面白いかもしれません。

8)シアノバクテリアではサーカジアンリズムを持つ単細胞生物が有名です。これによって光合成が効率よくなってるのではないかと言われています。なので、このようなサイクル性を持たせるのはバクテリアでも充分可能なことです。このシアノバクテリアを使って時間によって違う行動を取らせるとかも面白そう。

10)千葉大のやつは確か長いタイムスケールだったのでイルミネーションには向いてないと思います。AHLなどの分泌性たんぱく質を使うとこうなってしまうのかな？井山さんどう思いますか？

オシレーションを使えば何サイクルかはできる気がします。ただ、同調させないままでいると数時間経つ頃には位相がずれてきそうです。

全体の印象としては磁性菌を使ったアイデアが多いようなのでそれは良いんですが他に面白い特性を持った生物を調べてみるといいかもしれません。組み合わせて面白いこともできそうですし。今度、どういう生物がいるか各自調べて発表してみるのはどうでしょう。僕も時間がある時調べてみます。それと、何種類も案が出ててメンバーも多いのでおそらく最終的に一つのプロジェクトにならないと思います。チーム分けする可能性が高いので案はたくさんあっても問題ないでしょう。

Craig

ども。井山です。

（Craigさん～こんな地味に名前書かれても普通言われるまで気づきませんよう。）

イルミネーションというのはチカチカさせたいということでしょうか。

千葉08は、「細胞間コミュニケーションを遅くしようぜ！」というのが目的なのでイルミネーションと言うよりは、遅い紙芝居に近いものだと考えてください。AHL分泌する側（話し手）と受信する側（聞き手）の菌を混ぜてある条件でインダクションかけてから、大体GFPの発現まで最低でも2hかかります。なのであまりむいていないかもしれません。

iGEMの企画の中でよく使われるスイッチの中では、今年の千葉のような濃度依存のものと、もひとつは08Parisや08NYMU-Taipeiでもあるようなオシレーションを使ったものがあります。 もしも本当にイルミネーションを作りたいなら、Craigさんも言うように私もオシレーションをオススメします。オシレーションを使ったプロジェクトは過去にたくさんあるので事例研究するのもいいと思いますよ！

あと磁性菌、08Chibaでも最初のうち流行ったテーマです。これは聞いた話ですが、菌に磁性のあるビーズをくっつければ、砂鉄のように扱うこともできるらしいです。ただこれやると菌というより電磁波とか生み出す機械作成が大変なのでiGEMとは微妙にずれますけど。

たくさんの面白いアイデアが挙げられていていいですね。これからこのアイデアたちをどうやって具体的なプロジェクトにしていくかも並列して考えていくともっと深い議論ができると思います。

そのためには事例研究がオススメです。私は「3日で07iGEMの企画をすべて要約せよ」という無茶ぶりをされましたが、今思えばあれはiGEMを理解するための最短ルートだったと思います。

以下に、今のところ皆さんが挙げているアイデアに類似てると思われるプロジェクトのリンクをはっておきますね。主に07で。（ただしプロジェクトといっても完成されてないものが多いので参考までに）あと07のタイトルサービスを前に作ったので役立ててください。08はないので作ってみてください笑

• 発電：もろ発電菌です→07Boston University、あとは燃料電池の07Glasgowや太陽光発電の07Duke
• 磁石・メモリ：→07Harbardのレントゲン菌とか？
• 振動：07McGill, 07Tsinghuaとかが近いかなあ。
• プラスチック食べる：07Duke
• 冬眠：06千葉でやってます。スイミープロジェクト。
• イルミネーション：たしか07Tianjinは大腸菌を使った電子回路やってたと思います。07Turkeyの濃度によって色かわるのも面白そう。Valenciaもいい。あとさっき書いたオシレーションシリーズも要チェック。

こんなかんじでしょうか。

井山佳美