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金沢大学ナノ生命科学研究所（WPI-NanoLSI）のホルガー・フレクシグ特任准教授、名古屋大学トランスフォーマティブ生命分子研究所（WPI-ITbM）／名古屋大学大学院理学研究科／理化学研究所計算科学研究センター（R-CCS）のフロハンス・タマ教授、理化学研究所計算科学研究センター（R-CCS）の宮下治上級研究員を中心とする共同研究チームは、高速原子間力顕微鏡（高速AFM）（※1）で得られた実験データをもとに、生体分子がどのように動くのかを原子レベルで理解するための、新しい解析手法（融合的モデリングワークフロー）の開発に成功しました。
高速AFMは、生体分子の動作を直接観察できる唯一の技術ですが、空間分解能の制約により原子レベルでの理解には限界がありました。本研究では、AFMトポグラフィ画像からタンパク質の動的な三次元原子構造モデルを推定できる新しい計算フレームワークが開発されました。
この手法は、既知の静的構造を基に構造変化を推定し、実測画像に最も一致する原子モデルを再構築するものです。さらに、AFM画像解析ソフトウェアに実装することで、実測データから直接、原子レベルの構造ダイナミクスを推定できるようになりました。
さらに、本手法は非常に巨大なタンパク質集合体にも適用可能であり、それらのタンパク質集合体についても高速AFM動画から原子レベルの動的分子動画を再構築することに成功しました。
ここでの開発は将来、私たちの体の中で日夜行われている、生物学的プロセスをナノスケールで解明することに広く活用されることが期待されます。
本研究成果は、2025年9月18日（現地時間）に米国科学誌『ASC Nano』のオンライン版に掲載されました。
高速AFMイメージングデータから原子スケールで生体分子ダイナミクスを推定するためのBioAFMviewerフレキシブル・フィッティングの概略図
（画像は元論文よりCC BY-NC-ND 4.0ライセンスで使用）
【用語解説】
※ 高速原子間力顕微鏡（高速AFM）
試料の表面を直径数ナノメートルの鋭い針（探針）でなぞることで、探針に加わる力の変化を計測し、試料表面の形状を可視化する接触型顕微鏡。溶液中にある生体分子を、ナノメートルの空間分解能と高い時間分解能（最速33フレーム/秒）でスキャンすることが可能であり、試料の構造と動きの両方を可視化することができる。
ジャーナル名：ASC Nano
研究者情報：フレクシグ ホルガー
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