IGEM:Tokyo/2008/ideas

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<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。

Contents

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?
大腸菌の繊毛→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
(ちなみにウニの幼生の繊毛の振動数は10~40Hzくらい。)
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?→5~10μmくらいらしい。構造はくもの巣みたい。
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。(栄養の多い方へ動く)
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?
→ATPaseの回転数はATP濃度によって変わるらしいです。ATPaseに磁気ビーズをつけ、外部回転磁場で回転させることも出来るみたいです(大阪大学・野地研究室のHPより)
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。→弱い光なら、三ヶ月くらいは持つかも。この前、菌類のふしぎ展に行ったら、紫外線を当てたらいろんな色を出して絵を描く地衣菌が展示されていました。
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08Paris08NYMU-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使えそう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


井山さん詳しすぎ!07の大会に参加したのに知らなかったプロジェクトばっかだ。全部要約とか大変そうだなー。

やっぱり何時間とかのタイムスケールだとあまり面白くないかな、イルミネーションを作るには。まあコンセプト的には使えるかも?菌種によって周期が違うのとか作ればオシレーションでもそのアイデアを取り入れられるね。

Craig

1/14のミーティングで出たアイデア

①ナノバブルNew
概要
つり上げた魚→冷凍する→ナノバブルにいれる
ナノバブルとは100nm程度の気泡。
工業的な製法は水と空気を高速回転させて50μmの気泡作る→水がアルカリ化することでマイクロバブル保持→マイクロバブルは下から上に上がりながら小さくなって消滅するので、水面近くだとナノバブルに
だいたい1weekくらい持つ。
細菌からナノバブルつくれないか?
機械だったらずっと回しつづけなくてはいけない。生物がずっと作ればいいのでは。
大腸菌のサイズは10mmくらいなのでちょうどいいと思う。
問題点
大腸菌では排出されるガス→分子レベル
細胞膜で覆えば?神経細胞みたいに→酸素は細胞膜を透過します。
実際に生成できるのか。培養液は排泄物により汚れる。
培地の交換とかが面倒なので機械の方が簡単かもしれない。
大腸菌が気体を発することはあるのか→呼吸により出たやつが自然に作るくらいはある。
大腸菌は酸素を消費する側なので、供給する菌を使った方がいいのでは。

②生物回路
電源;0、1を表示するジェネレーター。シグナル伝達、ゲノムレベルの回路。
proteinの有無で発振器の作用を持たせる。
回路;flip-flop
これは0、1を二種類のproteinのどちらかを発現させることで表す。
問題点
北京大学でできている→これは発信器が外部なので内部に入れることが新しい。
出力が蛍光proteinの変化だけでは面白みがない。もっと応用できないか。
oscillationをどうするか
1、回路的につくる。(発振器だけでok)
2、proteinの増減。シアノバクテリアの時計遺伝子。タンパク質の増減とかはアナログ情報なので、増加状態、減少状態をデジタルとしてとらえる。
3、閾値でデジタル表現

③メモリデバイス
前回のミーティングではアウトプットを光にすると問題が多々あった。→光ではなくて、磁性センサーを使えないか。
メモリーの一つのセルの側面にコイルをセットして横から磁石で大腸菌引きつけて、誘導電流の有無で0、1信号。
書き込み(DNA)、読み出し(発現。15分くらい)
問題点
大腸菌の劣化防げない。
生物のエラー→死んだとか、間違って発現したとか、どのくらいの許容範囲があるか。

④音を出す
鞭毛→根元のモーター+毛。モーターは6000~17000rpm。100~300Hz。毛がつくと200~1000rpm。
鞭毛にこだわらず、キネシン、ダイニン、ミオシンや人の筋肉とか使って振動できないか。
弦は別もので、動かすのは細菌とかでも
問題点
回転を一定にできない。
振動数かえるために弦の長さ変える機構?
細胞を無理矢理くっつけるor分裂時に分裂し損ねたやつ。
もし大腸菌をつかうなら、水中を伝える必要がある。→イルカやくじらの発声の仕組み調べる必要。

⑤乾燥してももとにもどすNEW
トレハロースを合成して乾燥を防ぐ。トレハロースに水を保持。ユスリカ(昆虫)
何かつつみこんでかこまれたものを作る
問題点
中にトレハロースあるのと、外にあるのでは違う。
yeastだったらもうやってる。対象は大腸菌でいいか。

⑥ドラッグデリバリー
菌を磁性で病気の部分に集める→ある程度集まるとクオラルセンシングである薬品を合成。働く。
問題点
何の病気で?
流れのあるところではむりでは?
大腸菌とかが免疫で殺されたりしない?
2008年の台湾で似た様なことやってたから調べる必要。
集まったときに放出される物質→何らかの形で部位に結合する必要。抗体の利用?
低分子だったら生体で合成できないかも。
活動部位に結合してから増殖させるのはどうか。
活動部位まで大腸菌を持ってくるのに磁気を使ってはどうか。
薬の放出をストップするには→期間限定になるように生物を調整。時間経てば免疫で殺される確率あがるしね。

磁気を使おうという案がおおいが、実はそこまで操作できるかわかってない!


1/22のミーティングで出たアイデア

今回は過去のigemの研究を発表することが、主だったので、詳しく知りたいという方は、各発表者にお尋ねください。
①2007 Cambridge 殷
3つのプロジェクトを計画・・・1、Amplify2、Signal(ここまではE.coliを使った)3、Gram―positive chasis
実際に成功したのは1だけ。
1、Popsを増幅する
PoPS is the flow of RNA polymerase molecules along DNA (i.e., 'current' for gene expression). The PoPS level is set by the amount of RNA polymerase molecules that pass a specific position on DNA each second. (Cambridgeのwikiから引用)
promoterと発現させたい遺伝子の間にactiveterをいれて発現を増幅。
E.coliが生存するのにひつようなpromoterを使うと、E.coliの生存に影響してしまうので、virusのpromoterを使う。
virusのpromoter3種、activeter5種のパーツを作り、これらはampの程度に違いがある。
信号が小さいと成功するが、大きすぎるとvirus由来のpromoter、activeterなのでE.coliを殺してしまう。
2、クオラルセンシングによるシグナル伝達
クオラムセンシングの仕組み:あるprotein(遺伝子の発現を促進する)は発現されるが、細胞外へ分泌されるため、細胞内での濃度は低い。(このproteinは細胞内外を出たり入ったりする。濃度が低いと遺伝子発現されない)ただ、それをたくさんの細胞が発現したり、発現するものがたくさん集まったりすると、全体の濃度が上がるので、遺伝子が発現される。
Agr制御系の利用(Bucillusなどに存在するが、生存にどう必要なのかまだわかっていない機構。Accessory Gene regulator)
AgrにはAからDがあり、遺伝子はB、D、C、Aの順でコードされ、それぞれの遺伝子の役割は
agrB: (AIPを合成する膜タンパク質AgeBをコードする遺伝子)
agrD:(AIPの前駆体をコード。AgrBでAIPになる)
agrC: (AIPの受容体をコード。AgrCは膜タンパク質であり、そとでAIPを受容すると細胞内でAgrAをリン酸化。
agrA: (AgrCによりリン酸化されるAgrAをコード。リン酸化されたAgrAはP2、P3promoterに結合し、AgrBからAの転写を促進。)
Cambridgeは発信者と受信者にわけ、B、DをコードするものとC,Aをコードするものを作った。
残念ながら、B、Dをコードし、AIPの分泌をするE.coliをつくるまでしかいかなかった。
(失敗の原因とかは不明。Agr制御系にほかの物質の関与とかがあった?AgrCがうまくつくられなかった?とかいろいろ考えられます)
(病気のウイルスとかは数が少ないと毒素をださないが、抵抗力が落ちると増殖してあるていど数が増えると毒素を出し始める。 クオラルセンシングと似ているので、治療に使えないか。)
3、Gram陽性菌を使ってみよう
Gram陽性とは、グラム染色により紺青色あるいは紫色に染色される細菌の総称。
細胞膜が一重なので、物質を分泌しやすく、移動性が早い。
しかし、遺伝子操作がむずかしく、promoterを一つ作って終わり。
②Peking 2007 孫
いろんな入力(UVとか)を与えると色が変わるE.coli。
ある状態が何回起きたかをはかる計数器としての応用。
回路とかはPekingのWiki参照。
Tianjin 2007
Biodiode
ある一方向に遺伝子発現が続けられると蛍光タンパクを光らせるが、逆方向に読ませると、光らない。
generator→Amp|Block→Lamp→光る、generator→Block|Amp→×(Blockで止まる)
Flip-Flop
一つの状態を維持。proteinを利用したきりかえ。
③Rice 2007 田中
レスベラトールをビール酵母に作らせよう
レスベラトールはブドウの皮や赤ワインに含まれる成分です。ポリフェノールの一種で,天然の抗酸化物質です。
試験管内や動物実験の段階ですが,レスベラトロールは,血小板のねばつきを軽減し,通りやすく弾力のある血管を保つのに役立つことが分かっています。実験室で行なわれた研究では,レスベラトロールは,動物においてガンの進行を妨げることが報告されています。
レスベラトールはグルコースを原料とします。ビール酵母もグルコースからエタノールを合成するので簡単にできるかも、ということで行われました。
合成過程はA→<protein1>→B+C(CはAから合成されていないが、反応に必要なもの)→<protein2>→レスベラトール
protein1,2を発現させるようにすればよい。
これらのタンパク質の遺伝子と抗生物質耐性の遺伝子(ちゃんと導入された酵母のみを得るため)を導入したが、protein1のpromoterが作れず、失敗。
④McGill 2007 鈴木
Oscillater
LacⅠ,LuxI,LuxR,AIの利用
LuxIはAHLを合成。
LuxRはAHLと結合し、Lux promoterからの転写を促進する。
AHLは簡単に細胞の外に行くのでクオラルセンシングに有用。
以下の二種類の大腸菌を作る
A:LacIがないと働くpromoterーLuxAーpromoterーLuxR
B:Lux promoterーLacIーFPーLux promoterーaiiA
生じるサイクル
1、LacIがないのでLuxI、LuxRが発現上昇
2、LuxIがアHLを合成し、AHLとLuxR結合。Lux promoterが働く
3、LacIとFPとaiiAが発現
4、LacIがLuxIの発現を抑制し、aiiAがAHLを阻害。
このように、蛍光タンパクの発光の周期性がみられる。この周期の間隔は不明。
シミュレーションでは周期は8時間。
⑤Harverd 2007 島崎
ある場所に特異的に吸着(結合?)して、その場所でのみ特定の遺伝子発現する大腸菌の作成を目的。
(最終的にはがん細胞をターゲットとし、がん患部に薬を運べるようになれば・・・。)
1、targetに吸着する大腸菌の作成
2、吸着した時に外部に発信(クオラルセンシング)
3、遺伝子の発現
1、Niとstreptavidinに特異的に結合できることは分かっている。
Niとstreptavidinに磁性ビーズをつけ、MACS(磁気細胞分離法)で分離可能。
また、FACSを使った細胞分離も行いました。
Niとの結合には、大腸菌の膜protein―LppOmp―His―Niのようになっているので、まずはHisの部分が他のproteinでできるか調べたが、失敗。
2、クオラルセンシングは成功した。
3、FecAという、クエン酸鉄をだして遺伝子発現を促す遺伝子を導入したが、発現が多すぎて大腸菌が死んでしまって失敗。
⑥Valencia 2008 三津澤
1、冬眠する動物のミトコンドリア⇒UCPを使って水素イオン濃度勾配からATPではなく熱を発生。
これを酵母に組み込む。
2、温度制御システムを作る。
3、発生した熱は散逸してしまうので、うまく測れる温度計を作る。
1、2、温度は上げれるが、制御できなかった。だいたい、3,4度上がる。heatshockタンパクの活動域までいかない。
UCP+、UCP-、UCPmutant(Gly175△、Gly75△)で調べたが、mutantの温度感受性が高く、高い温度上昇がみられた。
おそらく、このチームは温度感受性の高いmutantを調べるのに時間をかけたのだろう。
温度上昇度は初期条件とグルコース濃度に依存する。
⇒では温度を下げるためにはどうすればいいか。
外気温の調節や吸熱反応の利用?
3、保温ビンと断熱材、温度を電気に変換する装置、微小な電流も計測できる装置で作れた。
<自分たちのチームも工学系が多いから、装置も自分たちで作っても面白いかも>
⑦UCSF 2008 馬谷
エピジェネティックのシステムの制御
エピジェネティック(ヒストンというDNAにくっついているタンパク質のアセチル化、DNAのメチル化、スプライシングなどにより、真核生物においてDNAの配列以外で遺伝子発現の調節をすること)
1、酵母を用いて、ヒストンの脱アセチル化(アセチル化が起きると転写因子がDNAに結合でき、転写が起きる)を人為的に起こし、遺伝子発現の制御をする
2、遺伝子発現と抑制の数理モデルを作る
1、i)LexA DNA binding domain-Sir2(Sir2は脱アセチル化酵素)をコードするもの(たぶんプラスミド)とii)LexA DNA binding配列をもつもの(酵母DNA)をつくる。
ii)の下流にはGFPの遺伝子をいれ、i)があるとGFPの発現が抑制され、発光が消える。
i)のpromoterはガラクトースがあるときのみ働くモノを使う。
GFPをコードしないものをコントロールに使ったところ、ちゃんと抑制されていることが確認。
また、二本鎖DNAの両方の発現を抑制することが確認され、LexA結合部位から3000塩基まで発現抑制されることがわかった。
発現抑制の時間は約6時間であり、これは酵母の3世代分にあたる。(しかし、ガラクトース導入から6時間としていたので、単に発現までに時間がかかっただけとも考えられる。Craigさんのおっしゃるとおりでした)
2、Gardnerモデルを使ってモデル化し、パラメーターの値をかえて、検証。具体的な式とかはHPを参照してください。
研究アイデアについて
・メモリーデバイスは難しそうなので、光合成する生物を使って何かできないか。
ATPのエネルギーを機械的なエネルギーに。by アイン
磁性ビーズを細菌につけて、動かせば・・・。少しでも電流起こせたらすごいと思う。
・蛍光たんぱくにGRBがある。純粋な三原色なので何かできないか。
アクチベーターとプロモーターで発現自在だし。

2/2のミーティングで出たアイデア

今回は図を入れたのでわかり易いと思います。 書記長
①北京 2008 河合
PCB、ダイオキシンを分解して無毒に
有害物質を検知し、分解酵素を発現する(毒物の濃度により発現のon/off)
PCBの分解を目的。
分解過程は四段階の反応であり、それぞれの酵素を発現するようにする。(pbhA~D)
PCBの二段階目の反応産物である2,3-DHBPは有害なのでpbhCがたくさん産生されるようにする。
PCBがないと、抑制されるが、あるとbphRがあるにもかかわらず転写される。
回路は以下の通り。rbyBはmRNAの量が多いとsodB を抑制して、有害産物がたまらないようにする。
YFPにより、ちゃんと働いているか確認。
結果はうまくいかなかった。leaky。
T7polが少し出てる可能性がある。
YFPをなぜ酵素をコードしている方に入れなかったのか。
Image:igem1.jpg
②Caltech 2008 山崎
病原菌に特異的なバクテリオファージの発現
詳しくは次回。
③MIT 2008 山本
ヨーグルトに薬やビタミンが入るように。発展途上国は薬が回ってない。→いきわたらせる。
まずは虫歯にならないようなヨーグルトを。
虫歯の原因のひとつに歯についた糖タンパクにS.mutansがくっついて歯を溶かす。
くっつかないように。→p1025proteinをつかってくっつくのを阻害
p1025つくるヨーグルト作る。→ヨーグルト内でちゃんと作っているか調べるところまでは行かなかった。
乳酸菌に(lactoseのgene)-(T7promoter)-p1025
の遺伝子導入→乳酸菌オンリーでは成功
このp1025がちゃんとブロックすることは確認。
歯の成分で出来たビーズに唾液をコートし、それと乳酸菌とS.mutansをビーカーに入れる。
上澄み液にいるS.mutansの数を調べる。
p1025を発現するもの→ビーズにくっつくので少ししか数えられない。
発現しないものはたくさん確認される。
ヨーグルトに入れた場合でもせいこうさせたり、薬を入れれるようになるといいよね。
④精華 2007 武内
1、RAP回帰型自己抑制パルス
2、Celcuit細胞間のcommunication
1,Michael Elowitz生物時計
lacIとλcIとtetRで行った。一方向ずつ抑制してパルス作る。
T7RNApolをトリガーとして使う(早く分解され易い、C末端が安定、N末端が不安定)
パルスを生じさせた後、数理モデリングにより分析。
実験では割と成功しているらしいけど、遺伝子回路を作る手順面倒。デバック処理が面倒。
⑤Harverd 2008 アイン
バイオセンサー
bacterial biosensor 出力が電流
Shwanella oneidensis をモデルにした。
lactate→代謝→電子+酸素→水
この電子を出力に。
Image:igem2.jpg
mtrBが水への反応を促進する(mtrBがあると100%水への反応起きるが、ないと25%位に)
mtrBを抑制する回路を作る。
1、chemical inducible system
IPTGの有り無しで制御。IPTGあると、ないときの四倍の電流発生。
12時間くらい持つ。
2、大腸菌の代謝により、乳酸塩を作らせ、S.oneに乳酸塩の代謝をさせる。
大腸菌には光や熱の刺激で代謝をスタートさせる。
熱→まずは大腸菌だけで、30度と40度で試した。
あんまり差がなくて失敗。
光→EnvZをmtrBのようにノックアウトする必要があったが、ダメだったので失敗。
⑥Alberta NINT コウムラ
たんぱく質ではなくてRNAで発現制御しよう。
DNAとはたんぱく質より正確に対応する。
RNAはDNAを転写する際、terminatorでヘアピン構造を作る。
Image:igem3.jpg
anti-senseRNAがあるとヘアピン作れないので転写させる。(図1参照)
まず、anti-senseRNAがあるとタンパク発現し、無いと発現しない回路できる。
次に、図2のように回路をつくる。太く色のついたものは相補的な配列(anti-terminator)。ミドリとピンクでオレンジに対するaffinityに差があり、緑のほうが強い。ミドリに対するanti-senseRNAがあると上のような形になり、タンパクは発現されないが、anti-senseRNAがないと発現される。(NOT-GATE)
又、図3のようにすることで、オレンジ、ピンクのanti-senseRNAが両方あるとタンパク発現するというAND-GATEがつくれる。
図4ではオレンジとピンクのaffinityが一番高いとする。ピンク、オレンジのanti-senseRNAどちらかあればタンパク発現されるのでOR-GATEとなる。
出力はLacZを使った。これはβガラクトシターゼを活性化する。
結果はanti-senseRNAを入れない場合は成功したが、anti-senseRNAを入れた場合は失敗。
原因として、
anti-senseRNAがきても、ヘアピン構造が壊されない。
入力のanti-senseRNA(約15塩基)が早く分解される。
anti-senseRNAが少なすぎたか。
ノイズおおすぎ?(anti-senseRNA輸送に使ったribozymeが逆に阻害?)
ちなみにanti-senseRNAはアラビノース入れると発現するようにしていた。

2/16のミーティングで出たアイデア

①ETH 2006 
半加算器
XOR回路(1と0を入力したときに1とでる方。SUM)とAND回路(1と0を入力したときに0とでる方。CARRY)を大腸菌内に作る
input→(光)ーsensingーRFP・・・SUM
input→(化学物質)ーsensingーGFP・・・CARRY
XOR回路
Image:igem4.jpg
Pがつくものの産物はプロテアーゼであり、続く文字の転写産物を分解。tfはRFPのプロモーターにくっつき転写を開始する。
下にある図はtfの構造である。両方とも最後はRFPがつながっている。
片方だけ発現されると出力として赤く光る。
(ちなみにプロテアーゼがない回路だと、OR回路になる。)
AND回路
Image:igem5.jpg
early stop codon は途中でストップコドンが入って途中までしか転写されない。
両方のDNAが転写されたときだけ緑の光の出力がでる。
ただし、十分に時間が経たないと発現したタンパク質が分解されないのが問題。
バラバラには成功したけど、両方をあわせた半加算器の完成にはいたらなかった。
②Turkey 2007 2008
金属輸送
1、タンパク質の濃度勾配を利用したイルミネーション
濃度が大きくなるほど赤→黄→緑に変わる。
周期的なタンパク質の濃度勾配でイルミネーションの作成を試みたが失敗。
2、陣取りゲーム
player1:RFPを発現させる大腸菌
player2:GFPを発現させる大腸菌を投与。
クオラルセンシングで、player1の周りは赤く光り、player2の周りは緑に光る。
プロモーターのリークがあって、入れたもので発現したのか、自分で発現したのかわからないので、playerごとにシャーレを用意。
baseを測定してからやればうまくいきそう。だけど、案だけで終わった。
3、金属輸送
バイオレメディレーション
従来有害な物質を化合物にして無害化していた。
その中にはレアメタルもあるので、あつめて工業用に使えないか。
Image:igem6.jpg
①大腸菌の重金属への結合。オレンジのところに金属がある。
②光走性を使って右の方へ移動
③ある特定の波長の光を用いて金属解放する。バクテリオロドプシンを発現させた大腸菌を使うことで、光に応じて水素イオンを取り込み、水素イオン濃度あがることで金属をはなす。
④右の光消して左の光つけることで、またもどってこさせる。
培地はゲル。
2008年にうまくいったらしいけど、どの金属使ったか不明。
③東京連合 2006
三目並べ
DNAコンピュータでアプローチ
player1:大腸菌(GFP) player2:人(RFPを発現するように作用)
何通りも試合パターンが生まれるので、制限をかける。
1、一回目のターンは大腸菌で真ん中を陣取る。
2、二回目は人が左上か左真ん中のみ陣取る。
3、三回目は大腸菌が右上を陣取る。
基本の論理ゲートであるANDゲートは
repressor-repressor回路とactivator-repressor回路を作る。
DNAを3sectionにわけ、R−R回路は真ん中と右にrepressor、右端にGFP
A-R回路は左端にactivator、右にrepressor、右端にGFPをコード。
同様の方法でAND-ANDゲートを構成する。
どのように選択させたかとかは不明。
2009年二月号の日経サイエンスにこのプロジェクトと同様の目的(三目並べをDNAコンピューターに解かせる)を持った研究について(コロンビア大 etc)載っているので参考にしてください。
(ここでは「一回目で真ん中をDNAが取る」という制限だけかけたようです。 また、応用としてドラッグデリバリーなどを考えた研究ということです。)


<出てきたアイデア>
①大腸菌をつなげれないか。
2008年の京都大で、binding proteinを発現させてtargetにくっつけようというのがあった。
このbindig protein同士をくっつけさせたら、大腸菌同士をくっつけることにならないか。
走化性を使って同じ方向に向かせ、このタンパク質を発現させればくっつくだろうし、固まって動いているように見える。
大腸菌の速度は2.8mm/min
大腸菌は死んでも動く(細胞モデルとか呼ばれるようになる)
真確細胞ではカドヘリンとかが接着に関わっているが、膜外に出すのが大変。
エネルギーたくさん与えると速度あがるかな?
(ATP濃度が0.6μM以下では速くなるようですが、それ以上濃度をあげると飽和して速度は一定になるようです。 Koma)
大腸菌に速く動く動物の鞭毛入れれば?
大腸菌の繊毛は自己組織化するみたい。
体積が増えても表面積の増加は少ないので、くっつけると速度遅くなるかも。
(ちなみに鞭毛→一、二本で長い毛、繊毛→短いけどたくさんある毛という違いがあります。大腸菌は表面全体に毛があるので、繊毛の方かと・・・。)
②動脈硬化の治療法
コレステロールがたまることで動脈硬化が起きる。
コレステロールはタンパク質に囲まれて血液中を移動
そのタンパク質には二種類あり、
LDL:悪玉。肝臓で作られたコレステロールを細胞へ。血管に傷があると貯まる。
HDL:善玉。血液中の余ったコレステロールを肝臓へ。
血管内壁に傷があると、LDLコレステロールが蓄積し、LDL酸化がおこる。白血球はそのLDLコレステロールを食べて死ぬ。けれども、コレステロールは残り、血管が細くなる。
コレステロールを分解する酵素コレステロールオキシダーゼ(COX)
商品化されているもの(血清中のコレステロール濃度調べたり、膜構造を調べるのに使う)と、細菌が作り出すものとある。
前者は分解産物がCEOだが、後者はHCEOである。
Chromobacterium SP.DS-1という細菌が作る。
アミノ酸配列を調べてpET21-d(+)プラスミドに入れる。大腸菌に入れたらうまくいった。
このCOXは有機溶媒で失活しないし(商品化されているものはする)、熱に強い。構造的にも安定で、金属あっても錯体あっても効果ある。
HCEOは水溶性なのか?また、有害なのか?調べる必要がある。
③BSEの治療
異常プリオンの分解酵素(MSK103)
納豆菌Bacillus licheniforrcis
1mlあたりで1μg異常プリオンを37度1時間で分解。
通常のたんぱく質も分解するのが問題。
異常プリオンが生成される途中でストップ掛けてもいいよね。
④煙草の副流煙をどうにかできないか。
ニコチン分解酵素、タバコスズメガにある。
実用性やコストの問題がありそう。
⑤研究アプローチについて
igemの研究はすべて「問題点の提起とその解決ではないか」
≪2008年の金メダルの研究の要約≫
・Caltech:bacteriophage specific、過酸化水素で殺す、葉酸イオン、lactose intolerainte(ラクトース分解できなくて、牛乳飲んでおなか壊す。それを治療)これはあるものと別のものの組み合わせ。
・Davidson Misso:XOR gateの作成
・Edinburg:セルロース⇒グルコース⇒グリコーゲン⇒デンプンの反応をやらせる。前二つの反応は成功。最後のは途中。
・Freiburg:receptor system。DNAにタンパク組み込んだ。
・UNIV. of Gronirger:出力がGFP or RFP。HSLの濃度で色をかえる。蛍光たんぱくの分解がうまく起きなくて失敗。壊れやすい蛍光たんぱくにしたら、今度は検知がうまくいかなくなった
・Harvard:化学的に発電。AがA'に変わることで電子をだして電流が流れるとするとき、大腸菌にA'をAにかえる酵素を発現させて、電流が発生し続けるようにする。
・Heidelburg:bacteriaに毒素を作らせる。bacteriophageで殺す。の二つのことをした。回路作るのに使えるかも。
・Imperial colledge:光当てると動きが止まるbacteria作成。回路はすごい長いが、シンプル。
・KUleuren:Drug derivery system(大腸菌)生体内でやった。運んだあとは死ぬ。回路が超複雑で、予測できないこといろいろ起きて失敗。
・MIT:虫歯。以前紹介されたので略。
・Neucastle:biosenser。対象はsensorprotein、regulaor protein。
・Rice Univ.:以前紹介されたので略。
・Slovenia:タンパクorDNAorバクテリアを用いたワクチン。
・Tokyo Tech:圧力センサー。tet promoterが圧力により影響受ける。(出力三倍)押さえると光るようにした。
・TUDelft:RNAを用いた温度計。
・UCBerkley:作業のオートメーション化。プラスミド抽出の自動化。
・Valencia:熱を作る。以前紹介されたので略。

2/27のミーティングで出たアイデア

①DNAコンピューティング
エーデルマンの論文
閉路問題
頂点5個、経路9個で、頂点1から5に行く最短経路はあるか。
頂点に対応するDNA鎖と経路に対応するDNA鎖を用意。経路には方向性があるので、経路の配列は出発点のDNA配列後半と到着点のDNA配列の前半を組み合わせたもの。
PCRで1と5のプライマーのみを使って1と5を端に持つものを持ってくる。
頂点5つのものを取り出すために電気泳動で取り出し。
残りの3つがすべてばらばらかは各配列に相補的なDNAに磁気ビーズを付けたもので釣る。
問題は操作の時間かかる。誤差多い。物理的に不可能。長さに限界。
②KULeuven 2008
病原菌が来ると薬を作って、病原菌を完全にやっつけちゃうと自身は死ぬシステムを論理的に証明しようとした。
aTcという物質を病原菌が出した毒素と考える。
普段はtetRがrepressorとして働いてる。aTcがあると、aTcがtetRにくっついてrepressor結合部位から外れ、下流の転写開始。(下流にはGFPをおき、病原菌が来たのを感知。
また、tetRにより抑制されているRibokeyもaTcにより働くようになり、Ribokeyで制御されているlacIが発現。
lacIはluxIを制御している。luxIはオートインデューサーの不活性型の発現を促し、tetRに制御されていたT7が転写促進するものにより開環し、活性型になる。
このオートインデュサーはluxRに結合してccdBを発現。これが大腸菌を殺す毒素であり、病原菌を殺すと大腸菌が死ぬシステム。
だいたいうまくいったらしい。
③Cambridge 2008 神経のイオンチャネルを神経持たない大腸菌に発現させようとした。
神経のイオンチャネルのなかには神経伝達物質がくっつくと開くシステムになっているチャネルがある。
大腸菌には浸透圧に対応するチャネルしかないので、他の生物のチャネル(グルタミン酸を入れると開く)の遺伝子を大腸菌に入れた。
なお、この際コドンの書き換えも行っている。
細胞外液はカリウムイオンがたくさんあるものを用いて、グルタミン酸を入れるとカリウムイオンを取り込むように
導入したチャネルで無理やりカリウムイオンをいれるので、浸透圧のチャネルが働くようにしているとカリウムイオンが排出されるおそれ。
元のチャネルの遺伝子をノックアウトして、コントロールとかと細胞内カリウム濃度を比べる⇒あんまり差がなかった。
実際働いているかを細胞外液のカリウム濃度を変えつつ、膜電位をはかることで調べた。
濃度ごとに電位に違いがみられた。
ちなみにチャネルの発現をeに比例するんじゃなくて、直線的に増えるようにosmYをつけたのを作ったけど、失敗。
mutantとの比較実験から、成功したのかは微妙・・・。他の生物のタンパクを発現させることができるとはわかった。(これはほかの論文でも保障されている)
④大胆なこと。
今までのみんなの意見を見ていたら、接着とか、特定の場所を認識したら遺伝子発現とか、細胞膜たんぱく質にかかわるようなことが多いような気がする。うまくいくようなタンパク質がないから、現実性がないと行き詰っているのもあるよね。学生には時間もあるし、ありえない組み合わせのたんぱく質を同時発現させて見て、相互作用起きるか見てみても面白いかも。
⑤コレステロール分解
COXの分解産物HCEOは不要性で体に悪いらしい。
人ではCYPっていう分解酵素が働いています。これは薬剤の分解とかにも働いていていろんな種類があります。たしか詩とクロム450の略で、CYP1、2、3とかいろいろあります。
コレステロールがたまる予防法はないかな。血管につかないようにするとか。
⑥大腸菌で目覚まし時計を作ろう。
時計の部分とアラームの部分。
時計はMcgillのやつが8時間だったのでそれを3回で24時間にするとか。
大腸菌以外の体内時計を埋め込む?
体内に入れると光はいらないので暗いところで働くものを。
深海魚はまだ研究が進んでいない。
シアノバクテリアの時計遺伝子。KaiC:24時間周期でリン酸化、脱リン酸化を繰り返す。
ただ、この反応の触媒であるKaiA,Bは光により調整されるので、光がないとずれるおそれ。
アラームは音、ヒトの脳を活性化する物質、体温上昇するもの、血液の流れを促進するものとか人に不快じゃないものかな。

3/13のミーティング

アイデアというより議事録です。(島崎君、こっちに書いちゃってごめんなさい)
<事務的なこと>
決まった役割
連絡受け係:小松
部屋取り:武内
wikiのデザイン:三津澤
アイデア帳をログとアイデアに分ける:島崎
<いつまでにプロジェクトを決めるか>
四月末まで。workshopは五月中旬から下旬になりましたが、五月祭の準備などがあると思うので、四月中には決めましょう。なお、workshopは本郷で行われるかもしれないということです。
次回のミーティングではやりたいことを持ち寄ってアイデアをまとめていきましょう。
ミーティングで話してくれたアイデアについては、鈴木君、アップよろしくお願いします。(今回はうつしきれなかったので(^^;)

3/21のミーティング

アイデアの絞り込み
今まで出たアイデアの概要。◎はこれから温めていきたいもの。横の名前は大まかな班分け。(誤字は各自修正お願いします。ごめんなさい)
・ナノバブル
・生物回路⇒toolとして◎
・メモリーデバイス
・振動◎(しかし、実際になにを目指すのか調べる必要がある):竹内、上村、島崎、小松
・quorum sensing⇒toolとして◎
・動脈硬化◎:山本、山崎、鈴木、河合、田中、馬谷、三津澤
・BSE◎:山本
・たばこの副流煙◎:山本、山崎
・体内時計◎:小松、島崎、竹内、三津澤
・付加価値食品(new)◎:鈴木、河合、田中、上村、山崎、馬谷
各自、次回のミーティングまでにできるだけ深く調べてきましょう!
今日少し深めたアイデアは「アイデアまとめ」のページに付け足してあります。(◎のアイデアについて)
また、今日参加できなかった方は、アイデアの隣に名前を書いておいてください。

3/25のミーテイング

・前回のアイデアに対する発展
振動、動脈硬化、体内時計、食品について
詳しくはアイデア帳まとめを参照してください。
・事務連絡:ASIA WORKSHOPは東工大にて6/6,7の予定です。

4/6のミーティング

・振動 E.coliから信号を出す →測定して音の情報。

㈰IN 物質 OUT 信号 (ex piano 鍵盤をたたくと音が出る) 1to1 →つまらない ㈪遺伝子に情報を書き込んでおく、音階とタンパク質を対応させる2進法。

RNA転写 50 - 100base /sec タンパク質 100 amino acids amino acid /2min

シグナル伝達 cAMP cGMP カルシウムイオン などが使われている これらの伝達にかかる時間は  1msec(細胞間のシグナル伝達? →細胞内の小胞体の中にあるカルシウムイオンがシグナルを受け取って放出されるまでの時間?) 細胞の中と外での違いを利用する? →問題 全体の系への影響があるかもしれない。

Q高速再生ができないか? Aそれもあり。 Qシグナル伝達をどうOUTPUTするか? Aそれは結構問題 Qタンパク質はそう簡単に機械で見分けられるのか?タイムラグは?


次調べること OUTPUTをどうするか? 受容体のようなRNAを作れるか?(相補鎖を受容体として) カルシウムイオンをどう使えるか? 質量で検知できないか? QCM 東工大の研究室 追記:QCMで音に変えるのは難しいのでは?

・追加 何かを図ろうとするとセンサがいる。細胞レベルでのセンサも研究されている。 アメリカの研究室 ナノマイク→細胞壁の流れの音が聞こえる。(カーボンナノチューブ製) →これはあまりにもミクロで手が届かない

細胞の色→層流になっている。

→どちらにしろ、細胞で色を出す、音を出すなどは現実的でない。 OUTPUT:信号=情報として、それを何かに変換するのが現実的かと思われる。 (センサはあんまりに小さい量だと検出できない)

ワンクッションはさんで音にするにしても、その機構が面白いならOK

・体内時計 時間の刻み 細胞周期 caulobacter crescentus 娘の細胞に2種類の形態がある ㈰スライム (鞭毛があり、移動できる)自己増殖能力がない。一定の条件を満たすと㈪に分化する ㈪縛られた奴(DNAの複製可能) ゲノムの数は3000位。

細胞分裂に関して3つの制御のタンパク質が存在する。 CtrA GcrA DraA

CtrA: DnaA、GcrAを抑制する DraA:DNA複製開始に関わる。 GcrA:複製の補助

CtrA→DraA→GcrA/DraA→GcrA→CtrA ㈰→CtrA

                                  ㈪→GcrA/DraA・・・・※

< G1 ><  S > <G2 M>

最後の部分※の部分は制御できそう。

G1→S→G2などの周期を時間の刻みに使えそうである。

時計遺伝子KaiCだと時間の刻み幅が長すぎるのではないか?

Q時計にするには何回分裂したらどうする。としなければいけないんじゃないのか。

アイデアとして細胞周期を絡めたほうが面白い?

細胞は環境が悪化すると増殖に影響が出るから、細胞周期を用いた時計は 恒常的に使える時計にはならないかもしれない。 分裂する細胞がspecificなタンパク質を出してくれればOK?

アポトーシスを誘導できるか→ほかのチームがやってる。 パーツはある。

人に対するアウトプットはホルモンないしホルモンに準じる物質?


kaiA,kaiB,kaiCが酸素に反応してるのは安定構造の問題

cianobacteriaに対する遺伝子改編の話。プラスミドを入れるだけではだめ。

・たばこ ニコチンを無害化する酵素? new idea:タバコが好きな人に無理やり大腸菌を飲ませて、大腸菌が臭い物質を出す。 Output:臭い匂い。

イソ吉草酸0.004ppmで人間にかなりのダメージを与えられる。 (酸化:硫化メチル:腐った玉ねぎの匂い。臭さの比較が必要) ロイシンからイソ吉草酸を作り出す酵素が存在する。

枯草菌(Bacillus subtilis) ロイシン脱水素酵素yqiT

ある会社が臭くない納豆を開発した時に発見された。

食道から胃にかけて、口内に住まわせる 48時間とかで死ぬようにする

お酒煙草をどう判別するか input エタノール?煙? inputに対するthresholdを決めておかないといけない。 大腸菌がそれを認識するにしても、ニコチンなどを認識できるのか? ロイシンはアミノ 酸なので体内にいっぱいある→困らない。

アルコールはおいておいて、ニコチンについて話をする。

㈰ニコチンが膜を通れるならニコチンに対するアクティベータがあれば大丈夫なはず。 →しかし、おそらくニコチンは膜をとおらない。 +ある程度ニコチンが水に溶けてないといけない。 最初の量が少なくても、正のフィードバックをかければいい。

㈪通らないなら 脳にある ニコチンレセプターを使う? イオンチャネル連結型受容体  ニコチン受容体のGENOME CODEは分かっている。サブユニットのゲノムコードも分かっている nAChR

→タンパク質を大腸菌に作らせるだけで動くのか? →動かない。大腸菌の場合は脂質二重膜の間にペプチドグリカンという細胞壁があって、だめ。

Qニコチン以外でたばこに含まれている物質は?


→これは実験ができそう

・BSE プリオン 普通 or 異状 異状プリオンタンパクがあるとαへリックスからβシートになる。

inネズミ(イギリスでの研究) スイッチを入れる→異常プリオンを作らないようにする。

in Swizerland Zurich 普通のほうから抗体を作る。 異常なタンパクを注射してもネズミは生きている。 異常なやつが入ってきても抗体があるので認識できなかった。

→大腸菌で抗体作れないかなぁ?

繊維形成を阻害するってので的を射ている。

・食品 βーカロテンをどう作るか。 原料:ピルビン酸

ピルビン酸 +glyceraldehyde-3phosphrste

→(非メロバン酸経路) IPP or DMAPP → ゲラニル二リン酸 → βカロテン 単に脱水素化するだけだけれど、煩雑で大腸菌で作れなそう。

企業のWebsiteに栄養素の反応回路は乗ってたりする。

データベースから狙ったタンパクを見つけ出すのは難しい。 →今のところは過去のプロジェクトを見るのが一番いい。

日本語のページのほかに代謝産物のデータベースがあるので、それを利用する? 代謝マップがいろいろ乗ってるデータベースがあるので、利用せよ。

酵素だけ入れればできるかというとそうでもない→代謝経路は複雑なり。

他の栄養素の候補:ビタミンC DHA etc

その2

フルクトースは甘いので砂糖を入れなくても甘いパンを作れればいい。 パン酵母 スクロース→グルコース+フルクトース→エタノール+CO2(発酵) パン酵母が砂糖を使っているので砂糖を使わずにパンを作るのは無理ということがわかった。

スクロースを使わなくてもパンを作れないか?

デンプン→(アミラーゼ)グルコース (小麦)

アミラーゼにはいろいろ種類がある。一番つかえそうなのはグルコアミラーゼ。 コウジカビが持っているグルコアミラーゼに種類がある。 コウジカビ(酒)glaA (水分多)         glaB (水分少)

パンの生地の中にコウジカビを入れればいい。 パンの場合はB使う。

砂糖を原料として入れなくてもパンを作れる。 (注:あんまり分解しすぎるとパンを作れなくなってしまう。高分子がブチブチに切れてしまう)

グルコース→フルクトースにワンステップで変える酵素が存在する

菌:streptmyces orivaceviridis E-86の作る酵素が行ける。

この酵素はE.coliに導入できる。

甘み グルコース < フルクトース

その3:ビタミンC ビタミンCを作る直前の酵素が人にはない。 G-LUOP :人 ↑は出芽酵母にもある。

ほとんどの哺乳類はビタミンCを作れる。

(注:一番大事なのは量をどうやって制御するか、一番やりやすいのは企業にスポンサーになってもらうことかもしれない)

・動脈硬化 アイデアではないが調べたこと。

コレステロールは体内ではコレステロールという形では循環してなくて、 コレステロールエステルという形で循環している。 75%がエステルの形をしている。

動脈硬化がなぜ起こるか? 血管の内側の細胞が詰まっている場所の間にLDLコレステロールが入り込む。 LDLが酸化LDLになる。 細胞の間をすりぬけてマクロファージが入ってきて細胞の下に入り込んだ酸化LDLを食べる。 食べたマクロファージは太って死ぬ→泡沫になる→細胞の下で固まる=脂肪の塊

以上が動脈硬化のメカニズム。

肝臓、→VLDL→IDL→(肝性リパーゼ)→LDL 細胞にLDLレセプターがある。 LDLレセプターをぶっ壊すのは危険そう。 →体内を循環するとLDLがいろいろ修飾を受けてマクロファージになる。 →体内中のLDLレセプターに認識させたほうがいい?

大腸菌にレセプターをつけて肝臓にLDLを戻せばいい?

スタチン:肝臓で作られるコレステロールの量を減らす。 コンパクチン、ロバスタチン

コンパクチン:青カビ Penicillium brevi-compactum

                              Penicillium citrium P-51

iGemにどう活かしていくか。 ㈰大腸菌そのものがHDLの代わりの働きをする ㈪マクロファージの代わりに、大腸菌がLDLを食べる。 (マクロファージにはLDLを分解して排出する機構がないので、マクロファージはその場で死んでしまう) ㈫青カビが作っている酵素を大腸菌に作らせればいい。

スタチンは肝臓でしか効かない。 130mg - 160mg/血液100mL以下にLDLの濃度をすることが目標になる。

:マクロファージみたいな大腸菌を作っても面白いかもしれない。 (取り込む機構、排出する機構)

㈬胆汁酸を作る?

Q:大腸菌の中にLDLを取り込めたら何か変わるのか? 大腸菌に修飾を受けてマクロファージに害と認識されるLDLを分解させれば効果はある気がする。

脂質=LDLを大腸菌の膜にとりこんで、膜上で代謝するのはありかもしれない。

㈭LDLレセプター付きの大腸菌

・LDLは実験材料として手に入るのか?

実験できそうなやつを実験しよう!!

実験の企画書をつくってみよう!!

4/18のミーティング

議事録を打ち込んだあと、保存前に消えるという悲惨な目にあったため、アナログですが、ご了承ください。
あと、論文を紹介した方は論文の題名とか、作者とか書いてくれるとうれしいです。
Media:gijiroku1.ogg
Media:gijiroku2.ogg
Media:gijiroku3.ogg
Media:gijiroku4.ogg

5/1のミーティング

①体内時計
・シアノバクテリアに目覚ましのアウトプットを入れたいが、何を使うか。

におい(体外で使える)
ホルモン(mouseに入れて確認)
ACTH(起床の1H前から分泌されるらしい。大腸菌での合成もできている。)これからコルチゾールが作られる。
ナルゴレプシン(寝ちゃう方の睡眠障害。これにたいする薬は中枢神経を刺激するので危険)
カフェインの利用
カフェインの合成:AMP⇒⇒キサントシン⇒7-メチルキサンチン⇒7-メチルキサチン⇒テオブロミン⇒カフェイン
大腸菌での合成は可能らしい。
ノルアドレナリン
心臓バクバクするけど、危険。
電気を起こす。ボタン電池程度は可能かも。
・大腸菌に時計遺伝子を入れよう。
名古屋大近藤研。うまくいってないらしいけど、そこくらいしかやっていない。
枯草菌なら簡単らしいけど、どう簡単なのか。
枯草菌はlac repressorのような外来遺伝子を使える制御系がない。(σfactor使う制御系は使いにくい。)
lac repressorの導入は成功している。
KaiCとSasAとの関係が不明なのが問題。
SasAやRpaAの量により周期の遅れなどが生まれるのでそれによる壊れた時計の調節をやらせてもいいかも。
早稲田大岩崎先生に訪問予定。
・大腸菌を経口投与し、起きる頃に体内にアウトプットが出るように。大腸で安定になった大腸菌に水溶性の物質を発現させる。省庁でビフィズス菌とかを使うのもよい。
②動脈硬化
血液の中で大腸菌を生かす方法
免疫をかいくぐれる細菌
結核菌など。
マクロファージは菌を飲み込んだあと、NOをつかって殺す。(おそらく、細胞膜を溶かして破裂させる。)
マクロファージはアルギナーゼを作るが、アルギナーゼを作っているときはNOは合成されず、作ってないときはNOを合成。
結核菌はこのアルギナーゼを作るのを促進し、生存している。
大腸菌にこの促進酵素を発現させよう。
マクロファージと大腸菌は1対1ではなく、他の細菌も取り込む。取り込め切れなくなると、アポトーシスを引き起こす。そうすると、動脈硬化と同じように内壁に結合し、逆効果になるだろう。
また、この方法は免疫を下げ、ほかの細菌の生存も促すので、危険。
③たばこ
ニコチンに反応する受容体が見つからない。
他の応用例
・Hなことを考えると臭く。
・いい事をするといいにおい。
⇒脳にかかわることは不明な点も多く、難しいと考えられる。
・バナナの香りと色をしたヨーグルト。
・蜘蛛の糸
④細胞間コミュニケーション
・大腸菌を接着させて、communicate。E-calling。
ビオチン・アビジンで、ポリン同士を結合する?
たぶん、物質の漏れは起きるけど、効果は大きいだろう。
抗体は売っていれば使えるので、調べましょう。
・神経の軸索のような通信。
⑤バイオマインニング・バイオリーチング
石に入っているNd,Dy,Ptといった物質を純化する細菌。
コストや二酸化炭素を下げるので、かなり有用。
慶応の富田勝が研究しているので調べるとよい。
⑥全体に対して
大腸菌は制御させやすいので、よくつかわれる。
そのプロジェクトを大腸菌でやることでどのようなメリットがあるか考える必要がある。

5/13のミーティング

諸事情により、word形式でアップします。
みなさん、論文を発表した方は論文名と著者、雑誌名をここに書いてください!!!
Media:gijiroku5.doc
次のミーティングでは実験について議論していきたいと思います。
皆さんに注意してほしいのは、生物実験はとても時間がかかるということ。
週末にやる場合、一週間次の操作まで時間が空くので、サンプルがそれまでに劣化しないか、
(冷凍保存するとかなりもつけどね)また効率よく実験操作をする方法
(メンバーがたくさんいるので分業の方法)などを考えるといいと思います。
また、実験方法に関してのお勧めの本は羊土社や、実験医学、細胞工学からでている実験に関する本です。
本郷では総合図書館にあるので参照してみてください。(タイトルは忘れました・・・。ごめんなさい)

追記:パンのところで紹介した論文です。スターチだけで育つ酵母の作り方が載ってます。
タイトル:Rhizopus Raw-Starch-Degrading Glucoamylase: Its Cloning and Expression in Yeast
著者:Toshihiko Ashikari, Norihisa Nakamura, Yoshikazu Tanaka, Naoko Kikuchi, Yuji Shibano, Takaharu Tanaka, teruo Amachi, Hajime Yoshizumi
ジャーナル:Agric. Biol. Chem., 50(4), 957-964, 1986
著者が日本人なので、日本語の文献とかあるかも?

5/24のミーテイング

Media:gijiroku6.pdf
遅くなってすいません。

簡単なワークショップ報告

ワークショップで聞いた話について大まかに書いておきます。
・iGEMのコンセプト
・チームの登録方法
・パーツの調べ方
・パーツを組み合わせる方法(どの制限酵素をつかうとどんな事ができるか)
・新しく作ったパーツを登録する方法、本部に送る方法
・パーツを注文する方法
・Jamboreeについて。評価基準など。
・iGEMを行うにあたってのsafety,ethics,securityなど。今回はここに結構力を入れてそうな感じがします。
(これらはすべてiGEMホームページにいけば見れます。方法などは誘導とかサンプルとかあるので大丈夫だと思います。)
おまけとして、評価基準を日本語要約したものをここに書いておきますねー。
Medals
・Bronze
iGEMにちゃんと参加している事。
Project Summary を書いている事。
Wikiを通してプロジェクト内容を公開する事。
Jamboreeでプレゼンする事。
少なくとも一つstandard Biobrickに情報を書き込む事。
少なくとも一つ新しいパーツを作る事。
・Silver
上に加えて、少なくとも一つnew biobrick parts or DeviceをDemonstration すること。
新しいBiobrick parts or Device の働き、特徴をRegistryのページに書き込む事。
・Gold
うえに加えて以下の事のうち、一つ成功させる事。
元々あったBiobrickのパーツを改善する事。
他のチームを助ける事。
新しいtechnical standardを立ち上げる事。
合成生物学に関して、倫理的問題にとりくむこと。(Human Practice)
Grand Prize
総合的に評価します。プロジェクトの選択、説明、ポスター、プレゼン、成功したか、インパクトはあるか、などなど。
Special Prize
部門ごとに賞が与えられます。(名前だけで内容わかるよね?)
Best New Biobrick Part, Natural
Best New Biobrick Device, Engineered
Best Human Practice Advance
Best Experimental Measurement
Best model
Best Software tool
Best new standard
Best Wiki
Best Poster
Best Presentation
Area Prize
Best Food or Energy Project
Best Environment Project
Best Health or Medicine Project
Best Manufacturing Project
Best New Application Area
Best Foundational Advance
Software tools
ドライのプロジェクトだけでもメダルを与えますよってことだと思います。

7/3のミーティング

現状報告
各班はこれをもとに実験のコンストラクトを作成してください☆
生物時計
タイマーという案もあったけど、振動をやりたい
まずは2008年natureの論文(富沢さんがメーリスに流してくれたもの)の通りにやりたい
GFPが振動して発現。周期は40min位(最大どのくらいまでこの振動が保持されるのかは調べる必要あり)
スヌーズ機能を持った時計を最終目標に
短い周期で発現するものと長い周期で発現するものを用意し、長い周期のものが発現した時に、短い周期のものが抑制されれるようにする。
課題
周期を作ること。短いものが同期していないと、全体として振動しているように見えない。
また、長いほうは分解速度が遅すぎると翻訳産物が蓄積して一定値になってしまう。
発現の観測方法は?-定点観測or岩崎研の装置を借りるor蛍光顕微鏡
千葉大のを参考にするといいそうです。
まずは、論文のとおりにやって半減期、合成速度を確認すべきでしょう。
プラスミド作成は、論文の研究室に頂けるか頼むとともに自分たちで作る。
動脈硬化
酵母の細胞膜にヒトのLDLRを発現させる。
酵母は細胞壁をもっているので、LDLRをコードしたプラスミドを挿入後、細胞壁を溶かして、発現誘導を起こす。
課題
細胞壁をもたない変異種をつかうのか。
酵母のどの株を使うのか。
細胞壁を溶かす条件は?
膜についているかの確認法-細胞分画後、SDS-PAGE or GFP fusion or 免疫染色
セレクション法―アミノ酸要求性or抗生物質耐性
エンドサイト―シスの確認法-GFP or LDLコレステロールをRI標識(プロテオソームインヒビターで代謝されないように)
LDLのアッセイ法を調べる
terminatorがパーツにないので、作る必要がある。
promoterは過剰発現用にする
LDLRの配列に制限酵素サイトが無いか確認
たばこ
臭い大腸菌
シアン化物誘導型にする
課題 パーツに含まれていたので、どのウェルに入っているか調べる
煙草の中に誘導できるほどシアン化物が入っているのか?
食品
上村君がアップしてくれた論文の通りにやってみよう
課題
もっと簡単な実験系はないか。
グルコースからフルクトースに変える酵素をどのように酵母に入れるか。
HP
HPを多くの人に見てもらえるような内容を盛り込む
いろんなところからリンクさせてもらう
遺伝子組み換え食品や、遺伝子操作の問題について詳しく解説
生物実験において、遺伝子組換え生物の処理についての解説
食品企業の製品について解説することにより企業の広告
生命科学に関して、Q&Aページをつくる
primerの設計方法
下のリンクでTm値を計算してくれます。
必要なのは、目的の遺伝子にくっつく部分のTm値です。(制限酵素サイトは含みません)
また、最後の2塩基がしっかりくっついてもらう必要があるので、最後の2塩基は3つ水素結合を形成するGかCで構成される必要があります。
あと、primer dimerが形成されない必要があります。
プライマーのTm値[1]


7/17のミーティング

駒場の無線LANが届かないところで作業したため、ワードで書いてます。
Media:gijiroku17Jul.doc
いつまでにどこまで実験を成功させるかというのもきめたので、
上村君が予定表を作ってくれ次第書き込みます。
あ、ちなみにこの前メーリスにも書いた、HPのQ&Aコーナーの中身を書いてみました。
ぱぱっと作ったものなので、結構固い言葉になってるとおもいます。
意見とか、付け足しとかあれば、後日、内容議論のページを作るのでそこに書いていただきたいです。
Media:Q&A.doc

7/28のミーティング

*LDLRの実験の流れ
―Gal1 promoterに入るようにprimer設計。同時にGFPとfusionさせるときのprimer設計
―LDLRのシークエンス解析(パーツのベクターにいれて、大腸菌で培養後、プラスミド精製して電気泳動したら、1個うまくいったみたい(10コロニー中))
―LDLRを設計したprimerでPCR
―LDLRをGal1 promoterに挿入(相同組換え)
―S.cerevisiaeにこのプラスミドを導入
―膜を溶かす
―ガラクトースで誘導
*たばこ
―YqiTを再びシークエンス解析(前回読めなかったみたいなので)
―promoterをミニプレ
―制限酵素処理をして、YqiTをpromoterに入れる
―確認方法として、YqiTが臭いにおいを出すか、もしくはHisTagを付けるか。
*パン
―S.diastaticusは本の著者にもらえるか頼む
―そこから、Sta1をクローニング
―パーツにその遺伝子を組み込む
―glucose isomeraseのクローニング
―それのパーツ化
―二つを酵母に
*生物時計
英語のwiki参照
これからの実験計画
Media:jikkennkeikaku.pptx

実験予定
7/29
LDLR、YqiTのシークエンス準備
araC、lacIなど、生物時計で使うパーツの前培養
7/30
LDLR、YqiTのシークエンス解析
araC、lacIなどを液体培地に移す(夜6時ごろ)
(空き時間にオートクレーブなど)
7/31
液体培地の大腸菌からプラスミド精製
YqiTのシークエンスがうまくいってたら、制限酵素処理。(lacI誘導にするなら)

8/20の発表練習会で言われたこと

・UVlightでE.coliしなない?
―cIやcroがあるから大丈夫。バックでSOS反応起きて変にならない?
たぶん。λファージがしなないだけで、E.coli が死なないとは限らないのでは?
・酵母でどうやってLDLを吸収するのか
―透析型です。
・たばこは腸の中で生きれる?胃の中?
―のどの粘膜にいきさせるつもり。胃の中に入れると高いpHの中でタンパク質がちゃんと構造をとれるのか?ピロリ菌やLG21にやらせてみることを考えてもいいかも。
鼻につけたり、虫歯菌を使ってもいいかも。
・受動喫煙での反応は?
―ある。その方がやめてくれそうだし。
・LDLを取り込む⇒タンパク質をずっと発現するため、エネルギーが必要。
―どのくらい必要か見積もる必要がある。パンのプロジェクトに関しても。
・cIとcroとoscillationの関係がわかりにくい。
・電波時計の様に補正できないか?
―oscillationだと減衰が起きる。それが起きる前にスイッチをonoffする必要がある。補正は今のところ難しいが、IPTGによる調整が可能かも。ITPGによって楽とース濃度の振動を起こして干渉させたりとか。
・本当にoscillationするのか。
―ポジティブフィードバックとネガティブフィードバックの組み合わせだから起きます。ずっとアラビノース入れておく必要あるけど。
・oscillationはどうやって確認するのか。
―GFPの蛍光で見ます。
・GFPが蓄積しないのか。
―GFP、lacI、araCには分解タグを付けます。
・promoterによる振動機構は誰でも考えるので、分解タグなどで新規性をアピールした方が良い。
・oscillationする大腸菌はどの状態で体に入れるのか。
―UVでスイッチを入れた後にoscillationが起きるようになった大腸菌を体に入れます。
・oscillationの意味がわからない。今のままだと、cⅢをコンスタントに出してればいいじゃんって思う。oscillationの起きた回数を数えるとかできないかな。
―少ない遺伝子でカウンター作成は難しい。
・cⅢを少しずつ出して、4回目の振動で振動をストップさせるくらいのcⅢがたまるとかにしてみれば?
―分解と蓄積を調節することでカウンターとしても使えそう。
・数理モデルをたてて検証すると面白そうだが。
―今作成中です。
・エンドサイト―シスで取り込まれる小胞の大きさは? ・LDLを透析で取り込む際のフィルターの作成はしないの? 装置作成もiGEMの目的にかなっているけど。

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