東京大学研究Discovery Saga

　東京大学大学院農学生命科学研究科の矢守航准教授らの研究グループは、スタンレー電気株式会社との共同研究により、植物工場で用いられる人工光について、「光の色(波長)」だけでなく、「光の波長域1)」が植物の光合成や成長を大きく左右することを明らかにしました。　これまで植物栽培用の人工光としては発光ダイオード(以下、LED)2)が主流でしたが、LEDは比較的広い波長域(約50 nm)で発光します。一方、レーザーダイオード(以下、LD)3)は極めて狭い波長域(数nm以下)で光を出すことができます。本研究グループが以前報告した「赤色LDがLEDより高い光合成促進効果を示す(...

キーワード：最適化/光エネルギー/人口増加/異常気象/気候変動/広帯域/スペクトル/太陽/光化学/クロロフィル/光応答/光化学系I/光化学系II/光合成/光受容/光受容体/青色光/電子伝達/光環境/太陽光/エネルギー利用/省エネ/LED/発光ダイオード（LED）/レーザー/省エネルギー/生産性/半導体/半導体レーザー/シロイヌナズナ/トマト/環境ストレス/アントシアニン/植物工場/水利用/SPECT/タバコ/光制御/寿命/ストレス応答/形態形成/受容体/立体構造/ストレス/老化

他の関係分野：情報学環境学数物系科学化学生物学総合理工工学農学

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発表日：2026年5月27日

葉緑体から核へどう伝わる？

──植物の光合成遺伝子発現におけるヘムの重要性をバクテリアの酵素を用いて実証──

東京大学大学院総合文化研究科の竹野谷美穂子特任助教、三宅敬太助教、増田建教授および奈良女子大学の清水隆之准教授らによる研究グループは、ヘム分子を異なる部位で開裂するバクテリア由来の酵素を用いて、これまで切り分けて議論することが困難であったヘムとヘム代謝物の関連する光シグナルを個別に評価することを可能にしました。　植物にとって光は光合成におけるエネルギーとしてだけでなく、環境情報を得るシグナルとしても重要な環境因子です。光シグナルはフィトクロムと呼ばれる光受容体タンパク質により感知されます。タンパク質を構成するアミノ酸は透明で可視光を吸収できません。そのため、タンパク...

キーワード：トラスト/バクテリア/アブラナ科/細胞内小器官/チラコイド膜/遠赤色光/光合成/光受容/光受容体/生物時計/電子伝達/葉緑体/クロム/可視光/シミュレーション/環境情報/モデル生物/ゲノム配列/フィトクロム/花芽形成/除草剤/変異体/シロイヌナズナ/光形態形成/変異株/形質転換/Pseudomonas/カロテノイド/シグナル伝達系/蛍光タンパク質/酵素反応/緑色蛍光タンパク質(GFP)/ヘムオキシゲナーゼ/大腸/分子機構/PCR/アミノ酸/シグナル分子/ポルフィリン/ミトコンドリア/遺伝子発現制御/共焦点顕微鏡/形態形成/細胞分裂/受容体/代謝物/大腸菌/転写因子/発現制御/ゲノム/遺伝子/遺伝子発現/環境因子/抗体

他の関係分野：情報学数物系科学生物学工学総合生物農学

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発表日：2026年4月24日

光で結合・解離をスイッチできる小分子とタンパク質のペアをゼロから創る新手法

―光による細胞機能操作や医療応用に新たな可能性―

● 望みの性質を持つ光スイッチ分子と、それに特異的に結合するタンパク質のペアを、ゼロから人工的に創り出す手法を開発。● 青色光と紫色光に応答して可逆的に形を変える光スイッチ分子を設計し、その一方の構造にのみ結合する人工タンパク質タグを創出。● 開発したペアを動物細胞に応用し、情報伝達、細胞運動、遺伝子発現、受容体活性、細胞分化など、さまざまな機能を光でスイッチングできることを実証。細胞の光操作技術に新たな道を拓く。【研究概要】光を用いて細胞内の特定の生体分子の機能を操作する技術は、生命の仕組みを解明するための研究ツールや、疾患を治療するための技術として大...

キーワード：先端技術/二量体/光応答性/保護基/光応答/光受容/光受容タンパク質/神経系/青色光/クロム/結合状態/光機能/光スイッチ/選択性/光照射/光分解/人工タンパク質/融合タンパク質/オプトジェネティクス/機能性/シロイヌナズナ/進化分子工学/クリプトクロム/アミノ酸配列/細胞膜/受容体型チロシンキナーゼ/チロシンキナーゼ/光制御/細胞運動/mRNA/PI3K/光遺伝学/光操作/GPCR/アミノ酸/イミン/キナーゼ/バイオテクノロジー/ラット/リガンド/遺伝子発現制御/蛍光色素/蛍光標識/細胞内局在/細胞分化/受容体/生体分子/創薬/発現制御/分化誘導/遺伝学/遺伝子/遺伝子発現/抗体/脂質

他の関係分野：複合領域化学生物学工学総合生物農学

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発表日：2025年10月21日

AI(AlphaFold3)を用いた光誘導ゲノム合成ツールの最適化

　東京大学大学院総合文化研究科の太田邦史教授らの研究グループは、AlphaFold3という人工知能（AI）を用いて、光で制御するトップダウン型ゲノム合成技術に用いる構造未知のDNA結合タンパク質を効率的に最適化することに成功しました。　近年、環境や医療などの分野でゲノムDNAを改変・合成する新しい技術の開発が世界中で意欲的に進められています。この技術のうち、既に存在する生物のゲノムDNAを再編成して新しい生物機能を獲得する方式を「トップダウン型ゲノム合成」と呼びます。　本研究では、東京大学で既に確立した技術である光誘導型トップダウンゲノム合成技術M...

キーワード：AI/機械学習/最適化/人工知能（AI）/DNA結合/突然変異/普遍性/バクテリア/ポリペプチド/二量体/ゲノムDNA/タンパク質構造/人工DNA/DNA結合タンパク質/X線結晶構造解析/塩基配列/結晶構造解析/光受容/光受容体/青色光/光スイッチ/構造モデル/チタン/シミュレーション/マグネシウム/モデリング/電子顕微鏡/動力学/分子動力学/人工タンパク質/構造予測/X線結晶構造/好熱菌/結晶構造/微生物/クライオ電子顕微鏡/DNA修復/ゲノム編集/RNA/アミノ酸/グルタミン酸/ファージ/リガンド/受容体/創薬/低分子化合物/立体構造/ゲノム/感染症/分子生物学

他の関係分野：情報学複合領域環境学数物系科学化学生物学工学総合生物農学

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発表日：2025年10月16日

世界初の紫外光応答イオンチャネルを発見

―光遺伝学への応用に期待―

東京大学物性研究所の寳本俊輝特任研究員（研究当時）、永田崇助教、髙橋大翔大学院生、井上圭一准教授らによる研究グループは、原生生物の一種であり、動物や菌類に近縁で、真核生物の進化の理解に重要とされるアプソモナド類から、紫外光に応答する新しいタイプのイオンチャネルタンパク質である「アプソモナドロドプシン」を発見しました。本研究では、最近報告されたアプソモナド類のゲノム情報に着目し、光応答型の膜タンパク質である...

キーワード：アンテナ/インターフェース/データ駆動/インテリジェンス/人工知能（AI）/光エネルギー/海洋/強磁場/時間分解/超強磁場/分光学/スペクトル/磁場/太陽/レチナール/吸収スペクトル/光応答性/光化学/アーキア/光応答/光受容/光受容タンパク質/光受容体/青色光/太陽光/ラマン/光電流/可視光/光吸収/選択性/光照射/構造モデル/紫外線/イオン輸送/カリウム/センサー/ナノメートル/マルチスケール/光センサー/人工細胞/オプトジェネティクス/古細菌/哺乳類/リン酸/海洋細菌/植物ホルモン/タンパク質工学/共生細菌/原生生物/褐虫藻/微生物/チャネルロドプシン/ビタミン/ゲノム情報/細胞膜/脳神経科学/アデノシン/ラマン分光/酵素反応/神経ネットワーク/ホルモン/生理機能/光遺伝学/光操作/ATP/アミノ酸/イオンチャネル/カチオン/トランスクリプトーム/ビタミンA/ロドプシン/再生医療/細胞核/受容体/神経科学

他の関係分野：情報学環境学数物系科学化学生物学総合理工工学総合生物農学

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発表日：2025年9月7日

海洋細菌の新たな光エネルギー獲得戦略

―ロドプシンの集光アンテナと光サイクル加速色素の発見―

東京大学大学院新領域創成科学研究科の吉澤晋准教授、同大学物性研究所の井上圭一准教授、理化学研究所の白水美香子チームディレクターらによる研究グループは、海洋研究開発機構、変動海洋エコシステム高等研究所、生産開発科学研究所、東京農業大学と共同でロドプシンの新たな光利用効率化システムを報告しました。近年、植物などの光合成生物とは異なり、ロドプシンという光受容タンパク質を用いて光エネルギーを化学エネルギーに変換する微生物が数多く存在することが分かってきました。本研究グループは、海洋に最も多く存在するロドプシン（プロ...

キーワード：アンテナ/インターフェース/人工知能（AI）/先端技術/光エネルギー/海洋/バクテリア/地球観測/太陽/レチナール/シアノバクテリア/光合成/光受容/光受容タンパク質/環境適応/光環境/脊椎動物/太陽光/光センシング/塩化物イオン/イオン輸送/センシング/マルチスケール/海洋環境/結晶化/電子顕微鏡/分解能/人工細胞/カルス/古細菌/海洋細菌/タンパク質工学/海洋生物/生態系/海洋微生物/カロテノイド/プランクトン/海洋生態/海洋生態系/植物プランクトン/微生物/クライオ電子顕微鏡/ナトリウム/機能解析/高分解能/メタゲノム/脊椎/大腸/トランスクリプトーム/ラット/ロドプシン/構造変化/生体分子/創薬/大腸菌/膜タンパク質/立体構造/ウイルス/ゲノム/遺伝子/細菌

他の関係分野：情報学複合領域環境学数物系科学化学生物学総合理工工学総合生物農学

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発表日：2025年6月19日

藍色光を選択的に吸収するチャネルロドプシンKnChRの構造と機能を解明

多波長型光遺伝学ツールへの応用に道

東京大学大学院理学系研究科の濡木理教授と、名古屋工業大学生命・応用化学類の神取秀樹特別教授らの研究グループは、2量体チャネルロドプシン（ChR）KnChRの立体構造を、クライオ電子顕微鏡（cryo-EM）...

キーワード：インターフェース/スペクトル/レチナール/分子構造/二量体/スルフィド/高分子/ロイシン/X線結晶構造解析/結晶構造解析/光受容/青色光/オプシン/電子線/マルチスケール/結晶化/電子顕微鏡/電子顕微鏡法/分解能/膜構造/モデル生物/光刺激/神経活動/大脳/筋ジストロフィー/X線結晶構造/システイン/脂質膜/結晶構造/構造決定/変異体/アルデヒド/微生物/クライオ電子顕微鏡/チャネルロドプシン/プロトン/高分解能/脂質二重膜/ニューロン/初代培養/神経ネットワーク/光遺伝学/アミノ酸/ヘリックス/ラット/ロドプシン/構造変化/神経回路/神経細胞/生体高分子/創薬/大脳皮質/培養細胞/膜タンパク質/立体構造/うつ/うつ病/遺伝学/遺伝子/脂質/精神疾患

他の関係分野：情報学数物系科学化学生物学総合理工工学総合生物農学

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発表日：2025年4月12日

【研究成果】光でゲノム変化を制御するゲノム合成技術「MagTAQing」を開発

　東京大学大学院総合文化研究科の太田邦史教授らの研究グループは、光で制御するトップダウン型ゲノム合成技術の開発に成功しました。　生命の設計図であるゲノムDNAを改変・合成し、医療や環境などの地球的課題を克服する新しい生物機能の開発が世界的に研究されています。このような技術をゲノム合成といいます。その中で、既存のゲノムDNAを再編成して生物機能を改良するリフォーム型の方式をトップダウン型ゲノム合成と呼びます。この方法は古くから交配や突然変異誘発によって人類が用いてきた生物改良法ですが、近年ではゲノムの再編成を誘発する手法が開発されています。　本研究では、東京...

キーワード：突然変異/普遍性/バクテリア/二量体/ゲノムDNA/タンパク質合成/遺伝情報/塩基配列/減数分裂/光受容/光受容体/出芽酵母/青色光/紡錘体/ヒストン/光スイッチ/光照射/チタン/エタノール/ハイブリット/rDNA/構造予測/リボソーム/好熱菌/発酵/変異株/バイオマス/酵素活性/微生物/DNA二本鎖切断/セントロメア/DNA修復/ゲノム変異/光制御/染色体/放射線照射/微小管/予測モデル/DNA複製/RNA/ヒストン修飾/ファージ/高次構造/細胞核/細胞分裂/受容体/精子/立体構造/ゲノム/遺伝子/感染症/放射線

他の関係分野：環境学数物系科学化学生物学工学総合生物農学

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発表日：2025年1月7日

アタマをつかった紫外線対策

―メダカは脳下垂体で紫外線を感じ、身体を黒くして紫外線を防ぐ―

東京大学大気海洋研究所の神田真司准教授と、岡山大学学術研究院医歯薬学域の佐藤恵太助教らによる研究グループは、東京大学大学院理学系研究科、京都大学、神戸薬科大学と共同で、メダカの脳下垂体のホルモン産生細胞が体外からのUV光を受けて、黒色素胞刺激ホルモン（MSH）を放出し、体表でのメラニン産生を促進することでUV光に対する防御を強化することを明らかにしました。これまでも、眼以外の脳などの組織で光受容体遺伝子が発現していることは知られていましたが、本研究では、脳よりもさらに深い位置にある脳下垂体のホルモン産生細胞が機能的な光受容体を持...

キーワード：産学連携/海洋/太陽/生細胞/光応答/光受容/光受容体/脳下垂体/副腎皮質/オプシン/環境適応/光環境/脊椎動物/太陽光/チロシナーゼ/質量分析/蛍光観察/光照射/紫外線/センサー/フィードバック/光センサー/光刺激/Ca2+/視床/下垂体/視床下部/副腎/光制御/ホルモン/脊椎/イミン/プローブ/細胞・組織/受容体/内分泌/網膜/遺伝子/遺伝子発現

他の関係分野：複合領域環境学数物系科学化学生物学総合理工工学総合生物