法政大、名古屋大、東北大、オックスフォード大学の共同研究

法政大学は2月17日、同大生命科学部・曽和義幸専任講師、名古屋大学理学研究科・本間道夫教授、東北大学多元物質科学研究所・石島秋彦教授、オックスフォード大学・リチャード・ベリー博士との共同研究により、自然界では水素イオン流のみをエネルギー源として利用する大腸菌べん毛モーターを、ナトリウムイオン流も同時に利用できるハイブリッドエンジンのように機能させることに成功したと発表した。

この結果は、米国科学雑誌「米国科学アカデミー紀要（Proceedings of the National Academy of Sciences）」のオンライン版に同日付で公開されている。

（画像はニュースリリースより）

「F1エンジンにも匹敵する高速駆動

大腸菌を含む多くのバクテリアは、べん毛と呼ばれる繊維をスクリューのように回転させて水中を泳ぐ。この大腸菌べん毛を回転させるモーターは、毎分約2万回転とF1エンジンにも匹敵する高速駆動をしながら、瞬時に回転方向を切り替え、100％に近い効率でエネルギー変換することができる、現代社会の技術では、実現できない高性能なナノマシンだという。

研究グループは、大腸菌が本来持つ水素イオン固定子と遺伝子改変ナトリウムイオン固定子を、大腸菌べん毛モーター回転子と同時に相互作用させられるかを試した。その結果、水素イオン、ナトリウムイオンの両方のエネルギー源を利用して回転し、いわば「ハイブリッド型エネルギーモーター」として機能することが示されたという。

研究グループは、大腸菌が本来持つ水素イオン固定子と遺伝子改変ナトリウムイオン固定子を、大腸菌べん毛モーター回転子と同時に相互作用させられるかを試した。その結果、水素イオン、ナトリウムイオンの両方のエネルギー源を利用して回転し、いわば「ハイブリッド型エネルギーモーター」として機能することが示された。

人工的なナノマシンの設計に重要な知見

また、水素イオン固定子とナトリウムイオン固定子の回転力特性は異なるものの、それらが同時に相互作用する際は、互いを干渉することなく加算的に機能し、外環境のナトリウムイオンの濃度に依存して、モーター内の固定子がダイナミックに入れ替わって再配置されることが明らかになったとしている。

このように、入力エネルギーに応じて柔軟にシステムのパフォーマンスを最適化させる仕組みは、これからの人工的なナノマシンの設計に重要な知見を与えるものと期待される。（鈴木ミホ）

▼外部リンク

法政大学　ニュースリリース
http://www.hosei.ac.jp/NEWS/newsrelease/

Hybrid-fuel bacterial flagellar motors in Escherichia coli
http://www.pnas.org/content/early/2014/