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分子高次系機能解明のための分子科学 ―先端計測法の開拓による素過程的理解 (藤井 正明)

研究領域名

分子高次系機能解明のための分子科学 ―先端計測法の開拓による素過程的理解

研究期間

平成19年度~平成23年度

領域代表者

藤井 正明(東京工業大学・資源化学研究所・教授)

領域代表者からの報告

1.研究領域の目的及び意義

 20世紀の分子科学は単純化、理想化、精密化の研究の時代であり、分子線中のクラスター構造とダイナミクスの研究、フェムト秒を切る勢いで発展した超高速レーザーとそれを用いた分光、さらに生体分子に対する共鳴ラマン分光など、様々な方法が開発され、分子科学の基本分野において、個々の分子やクラスターに対する素過程的理解は極めて深まってきた。一方、生体機能に代表されるような実在分子高次系における分子の働きは複数の過程により実現され、協調的に連動することで極めて効率よく精緻に機能している。この精緻な協調的連動を素過程に分解して理解することは、21世紀の分子科学に課せられた大きな命題であり、生命科学、材料科学、ナノサイエンス、など様々な実在分子高次系に対する科学の知的基盤を提供する。
 そこで、本領域「高次系分子科学(略称)」では分子科学とその関連分野で発達した計測技術と素過程的理解を融合し、新たな先端的計測方法論を創出しつつ実在分子高次系の分子論的理解を目指す。気相クラスター、凝縮相、生体分子研究など、従来は個別に発展してきた領域の研究者が分野の垣根を超えて緊密に連携することにより分子科学に新しい潮流をつくり、高次複合性に対する分子論的理解を目指す。本特定領域で創出される新たな研究手法は、これら高次な分子相互作用で成り立つ現象を理解するツールとして、化学のみならず生命からナノ・材料まで広い領域の学術研究に対して貢献することが期待される。

2.研究の進展状況及び成果の概要

 気相分光、凝縮相超高速・非線形分光、生体分子科学の若手研究者を結集し、実在分子高次系の連動性を階層的に研究した。気相から生体分子へのアプローチに成功し、凝縮相、生体分子研究と連携する基礎手法を作り上げた。生体関連分子を気相生成させる新規な蒸発源の開発と神経伝達物質への応用、分子の協調的連動である多重プロトン移動や水和ペプチドモデル系での水分子の再配向運動の実時間観測、気相から凝縮相へブリッジする世界最小の氷構造(水200量体)の生成と観測などに成功し、分光研究対象を分子から分子高次系へとパラダイムシフトさせた。凝縮相の基本分子内の核運動の連動性に関しては、光異性化反応における連続的構造変化を実測し、その多次元的反応座標を解明した。さらに固液界面に対する高感度AFMや、新しい界面選択的非線形分光法および独自理論の開拓により界面研究を著しく前進させ、世界的研究トレンドを本領域から発信した。光合成のタンパク質複合体モデルを人工的に構築し、基板上での組織化に世界に先駆けて成功した。さらに、生体系のための新規計測手法である新しい1分子分光法、非染色分光イメージング、in-cell NMR法などを開発し連動性機構の解明を進めた。分子センサー及び光センサータンパク質の機能発現機構、タンパク質内低障壁水素結合、ドメイン運動と水和構造の連動的運動の発見、プロトンポンプに関する新たなモデルなど、生体水素結合ネットワークに関する研究を著しく進展させた。領域を超えた共同研究が140件企画され51報の論文が報告された。班員の受賞も若手を中心に126件を数えた。国内評価委員、外国人評価委員からも「国際的に最高水準の研究モデル」、「グループ研究のあり方の好例」「化学の潮流を変えるポテンシャルがある」という高い評価を得た。以上の様に本領域は実在分子高次系に対する研究に対して、気相、凝縮相、生体分子の研究者をネットワークする新たな研究領域を作り上げ、関係領域に大きく貢献した。若手研究者を活性化しつつ新しい分子科学を創成し、世界的にインパクトを与えた。

審査部会における所見

 A (研究領域の設定目的に照らして、期待どおりの成果があった)

1.総合所見

 本研究領域は、分子科学の研究領域の中で従来個別に発展してきた専門分野の研究者が、専門分野の違いを超えて緊密に連携することで新たな先端的計測法を開拓し、高度な連動性を示す分子系、表面・界面、生体分子などの高次分子系の複合性と機能の本質を明らかにすることを目的としている。それぞれの研究班では質・量ともに一定以上の水準の成果を得ており、当該分野の発展に大きく寄与したと判断できる。また、国内外の研究集会の開催や国際学術雑誌の特集号を出版するなど、その成果を国際的に広く発信しており、以上のように、本特定領域は当初の目的に対し期待どおりの成果があったと判断する。

2.評価の着目点毎の所見

(1)研究領域の設定目的の達成度

 「研究の発展段階の観点からみて成長期にあり、研究の一層の発展が期待される研究領域」としては、当該研究領域は、研究計画調書において提案された研究目的は、概ね達成されていると判断することができる。個々の研究班では水準以上の成果を得ており、一部で注目すべき成果も含まれている。発足当時と比べて、当該研究領域が分子科学分野の発展に大きく寄与したと認められ、高く評価できる。

(2)研究成果

 「研究の発展段階の観点からみて成長期にあり、研究の一層の発展が期待される研究領域」として、当該研究領域は、それぞれの研究班では質・量ともに一定以上の水準の成果を得ており、その点は高く評価できる。特に、学術誌の表紙や種々のメディアで紹介されるなど、多くの注目を集めたものも存在している。比較的基礎分野の現象を対象とし、分析・計測といった解析を主とする課題としては、これらの結果は注目に値する。また成果の公開についても様々な取組を積極的に行っており、公開シンポジウムなどにおいても参加者から良好な評価を得るなど、成果の公表に対して専門家以外への理解に対しても配慮されている。

(3)研究組織

 研究者の予期せぬ転出や異動に対しても柔軟に対応し、研究体制の維持に配慮するなど、領域代表者を中心としたマネージメントが十分なされており、本研究領域の推進に対しての努力が認められる。

(4)研究費の使用

 特に問題点はなかった。

(5)当該学問分野、関連学問分野への貢献度

 伝統的な分子科学研究分野に対する「一層の発展」として、国際的に見て極めて高い水準の成果が十分出たと認められる。元来、専門性が高く、実験手法も研究対象も細分化され、固定化されていた分子分光学分野の多くの研究者に対して、他の手法、他の系を用いて、個々の研究者の研究の幅を拡張させたことは評価できる。また、領域代表者の強いリーダーシップの下に、班内・班間で活発な連携研究が推進され、全体で974報の原著論文、188報の総説解説、896件の国際学会発表を行った点は特筆すべき点である。特に、実験研究者間ばかりでなく、実験研究者と理論研究者の共同研究の中にもうまく進捗したものも多く、さらなる学際的な発展を期待したい。

(6)若手研究者育成への貢献度

 本研究領域に関係した研究グループにおいて、若手を中心に全体で126件の受賞、若手研究者の昇任人事は40件あり、各分野へ人材供給できる若手研究者が育成されていることは特記すべき点である。

お問合せ先

研究振興局学術研究助成課

-- 登録:平成24年12月 --