無細胞タンパク質合成系、人工膜、ゲノム合成など「人工細胞」創製とその応用をまとめた一冊!

生命機能を人工的に再構成することにより「生命」を理解する!

医薬応用、高機能品生産、培養モデルなどへの展開に迫る!

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目次

第1章　タンパク質合成技術
1　無細胞タンパク質合成系による生命システムの再構成
1.1　はじめに
1.2　無細胞タンパク質合成系
1.3　再構成型無細胞タンパク質合成系 PURE system
1.4　合成生物学とPURE system
1.5　まとめ
2　人工細胞と無細胞タンパク質合成システム
2.1　はじめに
2.2　タンパク質合成システムの構成要素
2.3　生命の定義と生命の再構築へむけた試み
2.4　恒常性の維持
2.4.1　限外ろ過膜や透析膜を用いる方法
2.4.2　マイクロ流路を用いる方法
2.4.3　脂質膜を用いる方法
2.5　進化の実装
2.6　自己組織化
2.7　おわりに
3　再構成型無細胞タンパク質合成系の有用性
3.1　はじめに
3.2　無細胞タンパク質合成系の概要
3.3　再構成型無細胞タンパク質合成系を用いた活性型タンパク質の合成
3.4　無細胞タンパク質合成系の応用
3.4.1　非天然型アミノ酸を含むタンパク質の合成
3.4.2　in vitroディスプレイ
3.5　おわりに
4　ヒト完全再構成型タンパク質合成システム
4.1　はじめに
4.2　C-型肝炎ウイルス(HCV)-IRES(Internal Ribosome Entry Site)依存性システム
4.3　シャペロンを添加したHCV-IRES依存性システム
4.4　脳心筋炎ウイルス(EMCV)-IRES依存性システム
4.5　ヒト完全再構成型タンパク質合成システム
4.6　まとめ
5　非天然アミノ酸の導入
5.1　はじめに
5.2　無細胞翻訳系を用いた非天然アミノ酸の導入
5.3　細胞内での非天然アミノ酸の導入
5.4　直交型リボソームによる非天然アミノ酸の導入
5.5　非天然アミノ酸の導入によるタンパク質の人工機能化
5.6　おわりに

第2章　人工膜創製技術
1　人工細胞の容器としてのリポソーム
1.1　はじめに
1.2　人工細胞膜としてのリポソーム作製法
1.3　細胞の成長と分裂を模擬した膜ダイナミクス
1.4　動的な膜特性を活用した人工細胞リアクタ
1.5　おわりに
2　無細胞タンパク質合成系とベシクルによる人工細胞の構築
2.1　はじめに
2.2　人工細胞構築のためのアプローチ
2.3　自己複製の創発
2.4　膜タンパク質による膜の機能化
2.5　おわりに
3　リポソームによる人工細胞の創製
3.1　はじめに
3.2　膜モルフォジェネシス
3.3　ハイブリッドリポソーム
3.4　人工細胞としてのプロテオリポソーム
3.5　おわりに
4　ベシクルの複合化による人工細胞構築の新展開
4.1　はじめに
4.2　組成が非対称な多成分リポソームから紐解く脂質ラフトの形成メカニズム
4.3　細胞接着を模倣する再構成システムの開発
4.4　細胞サイズ膜小胞内の分子システムが受ける物理的効果
4.5　まとめ
5　バイオソフトマターの物理工学に基づく非平衡開放系の人工細胞の構築と制御
5.1　はじめに
5.2　非平衡開放系の人工細胞の現状
5.3　マイクロ流路によるコンピュータ制御型の人工細胞
5.4　DNAナノ構造による人工細胞
5.5　おわりに
6　マイクロ・ナノデバイスによる膜系システムの理解
6.1　はじめに
6.2　液滴接触法による平面脂質二重膜作製とイオンチャネル計測
6.3　マイクロ流路中における流体のせん断力を利用した脂質二重膜形成方法
6.4　マイクロデバイスによるリポソームの作製
6.5　結論
7　膜弱秩序構造のダイナミクス
7.1　はじめに
7.2　二次元マイクロエマルション:ラインアクタント
7.3　静電相互作用を伴う相分離
7.4　静電相互作用による膜の自発的変形
7.5　まとめ

第3章　人工細胞創製
1　クレイグ・ベンターの戦略
1.1　はじめに―クレイグ・ベンターの紹介―
1.2　最小ゲノムの構築に向けて
1.3　ゲノムの人工合成技術の確立
1.4　ゲノムの移植技術の確立
1.5　最小ゲノムの構築
1.6　おわりに
2　進化する人工細胞の構築と生命の起源
2.1　序論:生命の初期進化の理解を目指して
2.2　進化するために必要な条件
2.3　第1世代進化システム
2.3.1　第1世代進化システムの限界
2.4　遺伝情報を翻訳することの重要性
2.5　第2世代進化システム
2.5.1　翻訳共役型RNA複製システム
2.5.2　細胞構造による情報分子と機能分子の関連づけ
2.5.3　寄生体の出現
2.5.4　細胞構造による寄生体防御
2.5.5　第2世代進化システムの進化の特徴と限界
2.6　第3世代以降の進化システム
2.7　まとめと展望
3　RNAを転写因子とする人工遺伝子回路の創製
3.1　はじめに
3.2　遺伝子回路
3.3　RNA転写因子
3.4　DNAコンピュータRTRACS
3.5　RTRACSによる人工遺伝子回路
3.6　人工細胞の境界としてのベシクル
3.7　膜タンパク質の導入に適したGUV調製法
3.8　GUVに封入した人工遺伝子回路
3.9　外部シグナルによるGUV内人工遺伝子回路の動作制御
3.10　おわりに
4　無細胞システムによる生命システムの理解
4.1　無細胞システムで生命システムを理解することは可能か?
4.2　濃厚な抽出液を創る
4.3　濃厚な抽出液に欠けているもの
4.4　人工細胞を用いた空間サイズ効果の解明
4.5　人工細胞を用いた脂質膜の化学特性効果の解明
4.6　人工細胞の中に生体並み濃度の抽出液を用意する
4.7　細胞並みに膜タンパク質を持つ人工細胞は創成可能か?
4.8　細胞抽出液は創れるか?
4.9　生命システムの絡み合いを考察する
4.10　物質から細胞を再び創り上げることは可能か?
5　マイクロデバイスを用いた細胞の構成的理解
5.1　はじめに
5.2　「器」に求められる役割
5.3　微細加工技術で器を創る
5.4　フェムトリットルチャンバーと,Arrayed Lipid Bilayer Chambers「ALBiC」
5.5　大腸菌とALBiCを融合させた人工細胞系
5.6　最後に

第4章　展開
1　設計生物学
1.1　はじめに
1.2　指数関数的な技術の発達の前提:数理モデルにより表現される原理と再現性
1.3　原理の数理モデルによる説明が博物学から確立される過程と数理モデル化の限界
1.4　生物学における「モデル」の扱い
1.5　合成生物学の黎明期:天然の系の本質を抽出して単純化した人工遺伝子回路の構築
1.6　人工遺伝子回路の組み合わせによる設計生物学
1.7　人工遺伝子回路toggle switchの拡張1:遺伝子大量発現による多様化のプログラミング
1.8　人工遺伝子回路toggle switchの拡張2:細胞間通信による多様化の設計
1.9　設計生物学の今後と人工細胞の創製
2　遺伝暗号リプログラミングによる人工翻訳系の創製
2.1　はじめに
2.2　遺伝暗号リプログラミング法の概要とその歴史
2.3　人工翻訳系の創製
2.3.1　コドンボックスの人工分割が可能な人工翻訳系
2.3.2　人工デュアルセンスコドンを利用する人工翻訳系
2.3.3　天然とは直交する人工遺伝暗号を利用可能な人工翻訳系
2.4　おわりに
3　ゲノム複製サイクル再構成系とその展望
3.1　人工細胞とゲノム複製
3.2　DNA複製研究における試験管内再構成アプローチ
3.3　ミニ染色体複製再構成系における複製の開始と伸長
3.4　複製終結と環状DNA分離
3.5　複製を何度も繰り返す～複製サイクルの再構成にむけて
3.6　ゲノム複製再構成系の応用利用
4　ボトムアップで細胞を理解する『リバース分子生物学』の提唱
4.1　はじめに
4.2　現代生命科学の方法論
4.3　リバース分子生物学の提唱
4.4　リバース分子生物学の実証
4.5　生命の完全な理解に向けて
5　人工塩基対による遺伝情報の拡張
5.1　はじめに
5.2　第三の塩基対として機能する人工塩基対
5.3　人工塩基対を用いた応用研究
5.3.1　高機能DNAアプタマーの開発
5.3.2　細胞への応用
5.4　おわりに
6　哺乳類生命体培養モデルの創成
6.1　はじめに
6.2　哺乳類の構造
6.3　人工生命培養モデルの構築
6.3.1　人工生命培養モデルを構築するための細胞
6.3.2　肝組織培養モデルを例として
6.3.3　哺乳類生命体培養モデルの装置
6.4　人工生命培養モデルの応用と期待
7　セルファクトリーから真のスマートセル構築に向けて
7.1　はじめに
7.2　セルファクトリーに向けた試み
7.3　細胞内局在化
7.3.1　区画化
7.3.2　足場タンパク質への集積
7.3.3　細胞表層デザイン
7.4　宿主細胞プラットフォーム
7.4.1　酸化還元バランス
7.4.2　ストレス耐性
7.4.3　ゲノム縮小
7.5　スマートセルに向けた新たな技術
7.6　おわりに