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人工生体ナノマシン設計につながるべん毛モーターのタンパク質構造を解明

MONOist 9月8日(木)8時55分配信

 名古屋大学は2016年8月17日、細菌が持つ運動器官べん毛モーターを構成するタンパク質の1つである、MotA分子の立体構造を解明したと発表した。MotAはモーターの働きの中核をなすタンパク質であり、これまでに前例のない特徴的な分子構造も明らかになった。

 この研究は、同大学大学院理学研究科の本間道夫教授、同グループの竹川宜宏研究員(現・大阪大学研究員)、大阪大学大学院生命機能研究科の難波啓一教授、同グループの加藤貴之助教、寺原直矢特任助教らの共同研究グループによるもので、成果は同年8月17日に、英科学誌「Scientific Reports」に公開された。

 細菌のべん毛モーターは極めて高性能なもので、生体ナノマシンとして医療や機械工学などさまざまな分野から注目を集めているという。モーターの部品の立体構造が分かっていないことが一因となり、現在、人工的に作ることはできていない。

 べん毛モーターは20種類ほどのタンパク質によってできており、その駆動部は「回転子」と「固定子」という2つの部分から構成される。イオンが固定子の中にあるチャネルを通って細胞内に流れ込み、その力を回転子に伝えることでモーターの回転力へと変換される。固定子はMotAとMotBという2種類のタンパク質から作られており、4つのMotAと2つのMotBが組み合わさって1つの複合体を形成している。このように固定子はべん毛モーターのエネルギー変換装置として重要な部品だが、その構造は明らかになっていなかった。

 今回、同研究グループは遺伝子組み換え技術を用いて、さまざまな細菌に由来するMotAタンパク質を作製。その性質を比較したところ、超好熱性細菌Aquifex aeolicus由来のMotAが、安定しており、大量に作製できると分かった。これを精製し、サイズ排除クロマトグラフィーと化学的架橋実験をしたところ、MotAは単独で安定した四量体(4つのユニットで構成される生体分子)を形成した。

 また、このMotA分子複合体の電子顕微鏡像を数千枚集めて画像解析することで、その立体構造を解明した。それは、界面活性剤の皮膜をまとった「膜貫通領域」と、トゲ状の突起を持つアーチ状の「細胞質領域」という2つの領域からできていた。

 この立体構造は特徴的で、高いエネルギー変換効率でモーターの回転力を生み出すために重要であると予想されるという。今後、この成果を元に、生物特有のクリーンなエネルギー変換の仕組みが解き明かされれば、人工生体ナノマシンを設計できるようになり、医療や機械工学などさまざまな分野への応用が期待されるとしている。

最終更新:9月8日(木)8時55分

MONOist