タンパク質でデジタル信号処理も!?タンパク質光スイッチ

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流行りモノから新技術まで! 5分でわかる最新キーワード解説

タンパク質でデジタル信号処理も!?タンパク質光スイッチ

2015/04/15


 日々進歩するIT技術は、ともすると取り残されてしまいそうな勢いで進化の速度を高めています。そこでキーマンズネット編集部がお届けするのが「5分でわかる最新キーワード解説」。このコーナーを読めば、最新IT事情がスラスラ読み解けるようになることうけあい。忙しいアナタもサラっと読めてタメになる、そんなコーナーを目指します。今回のテーマは「タンパク質光スイッチ」。光によって状態を変える有機高分子材料が次世代超高速ネットワーク実現への1つのカギと注目される中、生化学分野の先端研究では、新しく遠赤色光を利用して光変換と蛍光発生を行うタンパク質が見つかりました。生体内の細胞状態の可視化はもちろん、エタノールや油脂の生産にも応用可能という、このタンパク質の新機能を紹介していきます。

タンパク質光スイッチ

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「タンパク質光スイッチ」って何?

 「光スイッチング」は、光を電気信号に変換せずに行き先(経路)を変える次世代超高速ネットワーク実現のカギとなる注目技術。光スイッチングを行うためのデバイスに必要なのが、光に応答してある状態から別の状態に変化し、また光によって元の状態に戻る(可逆反応)物質だ。このような特性を持つものが「光スイッチング材料」と呼ばれる。そのような物質に関する研究が各方面で進められているが、同じ特性に、生物科学の領域からの目的が異なるアプローチがなされている。光による可逆的な状態変化(=光スイッチング)を、バクテリアなど生物の特性研究から実現しているのが、今回紹介する「タンパク質光スイッチ」だ。

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光に反応するタンパク質とは?

 まずはタンパク質が「光スイッチング=光変換」するというのはどういうことか、写真で見てみよう。図1の左上は今回新発見されたタンパク質を液体に混ぜて小さなカプセルに封入したものだ。緑色に見えているのがわかるだろう。それに赤い光を中央のように当ててみる。すると、カプセル内は右上のようにピンク色に変化する。そしてこの変化はそれ以上に進まず、戻ることもない。ここに今度は左下のように緑色の光を当ててみる。すると左上と同じ緑色に戻る。

図1 タンパク質の光スイッチングの例
図1 タンパク質の光スイッチングの例
資料提供:静岡大学 成川礼氏

 光の作用でタンパク質は緑色からピンク色にスイッチし、また別の波長の光を当てることでピンク色から緑色に戻る、可逆的な反応をしているわけだ。目で見てわかるこの変化は当然機械的にも検知可能なので、それぞれの状態を「0」「1」に対応させれば情報処理への応用がもちろん可能だ。ただし反応速度はミリ秒単位なので、高速ルーティングに応用するにはさらなる研究が必要だろう。またタンパク質であるため、常温で長時間放置しておくと変質していくことは避けられない。数時間程度なら常温で放置したり持ち歩いたりすることもできるが、長期間変質させないためにはマイナス20℃での保管が必要だという。

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