IGEM:Tokyo/2008/ideas3

From OpenWetWare

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今までのアイデアをまとめてあります。


Contents

回路・イルミネーション

idea 1  信号伝達

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  電気素子

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?

idea 3  タンパク回路

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。

<コメント>
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。 Craig

idea 4  生物回路

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


idea 5  イルミネーション

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>
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。 Craig

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!

井山さん

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

<関連リンク>

  • 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。

井山さん

idea 6  色

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。


振動・音

idea 1  音

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 2  地震感知

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。

idea 3  発電

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。

<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・・・。)

idea 4  振動増幅

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>
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。

idea 5  音、詳細

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?

<関連リンク>

井山さん

idea 6  音、さらに

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。


細胞の同期の必要性。’06imperial参照
大腸菌の鞭毛はATPにより回転方向を変える。
同期させるのに、バイオフィルムで大腸菌をパックし、フィルムの動きで振動を生み出す。
虫に、水中で音を鳴らす虫がいる(ミズムシ:前足をこすり合わせる。前足がある時点で、どういう虫かわかるよね?)
出力を音にするのではなくて、入力を音にしてもよいかも。
信憑性はないが、酒酵母に音を聞かせるとこがある。そういえば、植物に声をかけたほうがよく成長するとかいう論文が出た記憶がある。(たしか結局根拠なくて却下されたはず・・・・。)
・振動させるのは鞭毛か、心筋か?それとも。振動する信号を細胞に出させるのか?
・水中では高音しか聞こえない。共振を利用できないか。
・まず、何で周期的な変化を出すのか考える必要がある。


磁性・メモリー

idea 1  発電

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

idea 2  磁性

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。

idea 3  メモリ

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。

idea 4  磁性細菌

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)

<コメント>
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。 Craig

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。

井山さん

<関連リンク>

井山さん

idea 5  膜輸送タンパク

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?

<コメント>
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。 Craig

idea 6  メモリ、詳細

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。

<コメント>
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。 Craig

<関連リンク>

  • 磁石・メモリ:→07Harbardのレントゲン菌とか?

井山さん

idea 7  メモリ、さらに

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。



環境・エネルギー

idea 1  ヒーター

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。

idea 2  生分解性プラスチック

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。

プラスチックを食べる微生物がいる。調べる必要有。

<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。

<関連リンク>

  • プラスチック食べる:07Duke

井山さん

idea 3  サーカジアンサイクル

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。

<コメント>
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。 Craig

<関連リンク>

井山さん

idea 4  ナノバブル

ナノバブル
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。


idea 5  光合成

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。


医療

idea 1  白血球菌

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。

idea 2  ドラッグデリバリー

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!

idea 3  動脈硬化

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。
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。
血管内に細菌を入れるようにするのか、透析という形にするのか。
透析だと、フィルターの問題になるのではないか。HDL(6~12nm)LDL(20~30nm)
in vitroではHDLの合成可能。⇒in vivoでは?HDL,LDLの作り分けできるか。
クオラムセンシングでLDLをすくなくして、HDLを増やすことができないか。

3/25のときのまとめをpdfで作成しました。画像をたくさんとりいれているため、こっちの形式にしました。
Media:cholesterol1.ogg

idea 4  bse

BSE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。

idea 5  タバコ

煙草の副流煙をどうにかできないか。
ニコチン分解酵素(CYP2S6)、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。
ニコチンを水に溶かす必要がある。
喫煙前に口の中にスプレーして禁煙療法にしては?
どうやって副流煙をとりこむか。フィルターだけだと細菌は必要ないよね。

idea 6  スカンク菌

無害で不快な物質を使って、タバコをほんとにやめてほしい人に飲ませる。
カプセルに細菌を入れて、体内で増殖させる。
煙草を吸うと臭くなる物質とかを発現させる。
臭い物質
・ノルマル吉草酸
・イソ吉草酸
・メタンチオール
ただし、中間生産物で反応する可能性

cf.同じような仕組みでアルコール探知機をつくれないかな。

idea 7  食品

付加価値食品
食べ物に含まれる菌に何かを作らせる。
体に役に立つタンパク質を発現させるとなると、吸収の際にタンパク質は分解されるので意味がない。
栄養価を高める
発酵食品の利用

パン酵母
発酵段階で遺伝子を発現させる。(じゃないと、熱とか、乾燥とかのストレスかかっちゃう)
デンプン(小麦由来)からグルコースを作るようにさせて、甘いパンを作ろう。
グルコースからフルクトース作って(グルコースイソメラーゼ)甘くする。放線菌とかはこの酵素を持っている。
しかし、パンの製造段階で、砂糖水を加えている。すなわち、フルクトースをグルコースにかえる酵素がパン酵母にある可能性。
・パンの作り方を調べる必要あり。

食品に入れてみたいもの
・ケセルチン:がん、アレルギーに効く。抗生物質でもある。DNA配列不明。
・硫化アリル:抗生物質。血液サラさらなど。
上記二つはたまねぎ、にんにくにある。
・メチル化カテキン:緑茶にある。花粉症予防。ゲノム解読、特許出願中。
・クルクミン:ウコンにある。抗ストレス物質、がんに効く。東大農学部堀之内研でやってる。
・テアニン:お茶のうまみ。抗酸化剤。特許出願中。

貧困な国で不足している物質
I₂、F、Zn。さすがにこれは難しい・・・。
vitaminA(目の乾燥、脂溶性)、C(壊血病、コラーゲン生成されない、水溶性)、D(骨作るのに必要、脂溶性)
脂溶性のものは過剰摂取も危険。
vitaminCは過剰にとっても大丈夫。ではその生成過程とは?
D-glucose⇒D-glucose-6-phosphate⇒D-glucoes-1-phosphate⇒VDP-D-glucose⇒VDP-D-glucuronic acid⇒D-glucuronic acid⇒L-glonic acid⇒L-glono-γ―lactone⇒vitaminC(L-ascorbic acid)
長い・・・。
最後の反応にかかわる酵素(L-glono-lactone-oxydase)が人にはない。
どこからどこまで人や酵母にあるのかは不明。
お酒にvitaminCを作る酵素を発現する酵母をいれれば・・・(すっぱくなりそう)


触覚

idea 1  触覚が変わる

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。

<課題>
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。

idea 2  触覚を認識

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。


運動・組織形成

idea 1  細胞接着

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・・・。)


アプリケーション

idea 1  迷路を解く

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。

idea 2  サッカー

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。

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。

<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。

idea 3  ルービックキューブ

大腸菌ルービックキューブは面白い。

idea 4  DNAコンピューティング

DNA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。

idea 5  目覚まし時計

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。
シアノバクテリアを時計として使って、大腸菌をアラームに使えないか?(communicationはクオラムセンシング)
シアノバクテリアは遺伝子導入しにくい。時間と同じ周期で分泌する物質が見つかってないので難しい。
大腸菌同士のほうがやりやすいと思われる。
大腸菌内に時計をもたせるのは過去の研究であった。
Kaiはシアノバクテリア以外にもあるらしい。
Kaiの周期的な反応には①リン酸化する、しないと②KaiC自身の量がかかわっている。
②は転写翻訳の周期であり、それが丁度時計と同じ。
低温化では①②両方の条件が必須。
また、周期を長くするPEXや短くするCikAの存在も知られている。
KaiA過剰発現させても、サーカディアンリズムは保障される。
p53変異(がんになりやすい)マウスにCry変異(サーカディアンにかかわる遺伝子に変異)をいれた⇒発がん率下がった。寿命2倍に。おそらく、p53変異した細胞がアポトーシスしやすいからだろう。
動脈硬化などの治療薬フィブラート:体内時計の調節していた。
・オシレーションの回路を使うか?
・Kaiをつかうか?


基礎技術

idea 1  乾燥耐性

乾燥してももとにもどす
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。


idea 2  もっと新しい何か

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。


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