研究の概要

　細胞を包む膜には、生命維持に最も重要な感覚レセプターやエネルギー変換タンパク質が埋め込まれ、機能する。この生体膜上で起こるイオンの流れから回転運動へのエネルギー変換機構について、バクテリアのべん毛モーターを主な材料にして分子のレベルで解析している。また、べん毛回転方向の制御機構に関連する感覚情報変換系についての分子機構解析を、遺伝子工学、蛋白化学の手法により行っている。さらに、細胞の形や生体膜上での超分子体の位置や動きを決めるしくみについても研究を進めている。

細菌べん毛モーターのエネルギー変換機構の解明

　細菌は、イオンの流れをエネルギー源として、らせん型べん毛繊 維をスクリューのように回転させて運動する。推進力を生み出すべ ん毛繊維は細菌の体長の数倍もの長さで、その根元にあるモータ ーにより回転している。これは身長160cmの人が4mの紐を回し、し かも、毎秒1700回転というF1モーターマシンのエンジン並の速度で それを回転させているに等しい。この生物が生み出したべん毛ナノ マシンは、実は生物界において唯一の膜超分子回転運動器官でも ある。それでは、べん毛はどのような仕組みで回転しているのだろう か？通常はH^＋で回転する大腸菌のモーターを、遺伝子組替えによ りNa^＋駆動型に変換して解析を容易にする。べん毛繊維にビーズを 付けて回転を測定する。モーターの回転を担うタンパク質を蛍光で ラベルし膜上での挙動を観察する。タンパク質を合成・精製してその 構造を原子レベルで決定し、更に膜小胞中に組み込んで一からモ ーターを作り出す。以上のような試みによって、膜を介したイオンの流 れが回転力へと変換されるのかを、分子レベルで解明することを目 指している。

バクテリアの感覚運動システム

細菌の光応答と情報伝達機構の解明

本間研を支えるスタッフたち

　私たち人間は自身がより良いと考える環境を望み、それに向かって進もうとする。それは、小さな細菌でも同じである。過酷な環境の中で生き抜くために、より良い環境を識別し、それに向かって移動する。では、細菌はどのようにして外からの情報を受け取っているのだろうか？この外界からの情報を受け取るのが膜で機能するレセプターであり、一つで多様な刺激（光・アミノ酸・温度）を受容する高感度多機能センサーである。べん毛を出力系とすると、レセプターは入力系ということになる。私たちの研究室では、この入力系にも注目し、外界から得た情報を伝達処理していく仕組みを総合的に解析している。特に光感覚系の研究に力を入れ、生物が、太陽光を生命活動に利用する機構の解明を目指している。

生体膜の動的形態制御機構の解明

　リポソーム（人工膜小胞）は生体膜の最も単純化したモデルで、多くの研究に用いられている。このリポソームの水溶液中におけるダイナミクスを、光学顕微鏡を使い直接リアルタイムで観察することによって、生体膜の動的分子機構の解析を目指している。リポソームにアクチンを始めとする様々な細胞骨格系タンパク質、あるいは膜作用性ペプチド、界面活性剤を作用させたときに引き起こされる現象を観察し、生体膜の動的制御機構を解明しようとしている。

本間教授と研究室のメンバー