生命のナノマシンが「合成し、組み立てる」人工材料

東京科学大学（Science Tokyo） 情報理工学院 情報工学系（CBI学会 CBI研究機構兼務）の浜田 省吾 助教（テニュアトラック）と京都大学 大学院理学研究科の角五 彰 教授らの研究チームは、DNAポリメラーゼと分子モーターという2種類の生体分子ナノマシンを使い、化学エネルギーを動力源としてDNAネットワーク材料をボトムアップで動的に形成するシステムを開発しました。

生命は、自らの身体を形作る複雑な材料を、化学燃料を消費しながら合成し、自在に組み合わせることで動的に作り出します。こういった概念を人工的に模倣する試みとしては、人工代謝系で動く分子ロボットの開発などが既に実施されています。しかし生体内で行われているような、複数種類の酵素や分子モーターなどを組み合わせた多段階プロセスは、限定的にしか再現されていませんでした。

そこで本研究では、DNAを合成する酵素「DNAポリメラーゼ」によって、分子モーターのレールである微小管上に長鎖DNAを合成（化学的組み立て）した後、基板上に固定された分子モーター「キネシン」がATPをエネルギー源として微小管を滑走させ、DNA同士を機械的に引き伸ばしながら連結する（機械的組み立て）という、2段階のプロセスを実現しました。この結果、自己集合では実現できない階層的なDNAネットワーク構造が動的に形成されることを実証しました。

本成果は、分子設計だけでなく、材料の合成から組み立てまでの多段階プロセスを設計することで、自律的・動的な構造形成を実現する新しい材料工学の基盤となるものであり、将来的には次世代の分子コンピューターや分子ロボット材料の実現にも道を開くことが期待されます。

本研究は、北海道大学 大学院理学研究院のFarhana Afroze（ファルハナ・アフローズ） 博士（当時）、東京科学大学 総合研究院 Richard Archer（リチャード・アーチャー） 博士、台湾中央研究院の平岩 徹也 博士をはじめとした国内外7機関による国際共同研究として実施されました。

本成果は、2026年6月12日（現地時間）付で「Small」誌に掲載されました。