柴田 幹大 （しばた みきひろ） 教授 Mikihiro Shibata
所属組織・役職等
ナノ生命科学研究所 新学術創成研究機構 ナノ生命科学研究所
教育分野
【学士課程】
理工学域 数物科学類 物理学コース
【大学院前期課程】
自然科学研究科 数物科学専攻
【大学院後期課程】
自然科学研究科 数物科学専攻
自然科学研究科 電子情報科学専攻
所属研究室等
生物物理学研究室 TEL:076-264-5927 FAX:076-264-5739
学歴
【出身大学院】
名古屋工業大学 博士課程 工学研究科 物質工学 2007/03 修了
名古屋工業大学 修士課程 工学研究科 物質工学 2005/03 修了
【出身大学】
名古屋工業大学 工学部 応用化学 2003/03 卒業
【取得学位】
博士（工学）
職歴
金沢大学 理工研究域 テニュアトラック准教授(2016/03/01-)
金沢大学 理工研究域 博士研究員(2015/08/01-2016/02/29)
マックスプランクフロリダ研究所 神経科学部門 博士研究員(2013/04/01-2015/07/31)
デューク大学メディカルセンター 神経科学部門 博士研究員(2011/04/01-2013/03/31)
日本学術振興会 海外特別研究員(2011/04/01-2013/02/28)
日本学術振興会 特別研究員 (SPD)(2008/04/01-2011/03/31)
日本学術振興会 特別研究員 (PD)(2007/04/01-2008/03/31)
日本学術振興会 特別研究員 (DC1)(2005/04/01-2007/03/31)
生年月
1980年08月
所属学会
日本生物物理学会 分野別専門委員（STM, AFM等)(2015-2016)
日本分子生物学会
米国生物物理学会
学内委員会委員等
受賞学術賞
○平成30年度文部科学大臣表彰若手科学者賞(2018/04/17)
○第9回北陸銀行若手研究者助成金(2017/03/13)
○第30回 ブレインサイエンス振興財団 研究助成(2016/07/20)
○平成28年度 花王芸術・科学財団 研究助成(2016/06/14)
○ABA Travel Award 2009(2009)
○第5回 日本生物物理学会 若手奨励賞(2009)
専門分野
生物物理学、ナノバイオサイエンス
専門分野キーワード
原子間力顕微鏡 膜タンパク質 一分子観察
研究課題
高速原子間力顕微鏡を用いたナノバイオイメージングの推進研究
私たち人間は目を使って物を見ますが、目では見えない大切な物がこの世の中にたくさんあります。特に、自分自身を形作る細胞や、その細胞を構成・維持するタンパク質はとても小さいので、目で見ることはできません。この目では見えないタンパク質が異常になり、上手く働かなくなると様々な疾病を引き起こします。したがって、タンパク質が正常に働く仕組みを知ることが健康長寿社会の実現に向けた最重要課題となります。
私たちの研究室では、金沢大学で研究開発された革新的原子間力顕微鏡（高速AFM）を駆使し、様々なタンパク質や細胞が働く姿を撮影することで、その仕組みの解明を目指します。さらに、学内の研究グループと融合・連携研究を推進することで、がんや生活習慣病などの原因となるタンパク質の姿を観察し、その治療薬の開発につなげることも目指します。
ゲノム編集ツールCRISPR-Casの分子メカニズム解明
近年、生命の設計図であるゲノム情報（DNAの塩基配列）を書き換える「ゲノム編集」技術が注目をあびています。特に、細菌のもつDNA切断酵素CRISPR-Cas9を応用したゲノム編集技術は、基礎研究から臨床応用に至る多岐にわたる生命科学分野において広く利用されています。本研究は、高速AFMを用いることで、CRISPR-Cas酵素群がDNAを認識・結合・切断する一連の様子を動画撮影し、その分子メカニズムの深い理解を目指します。これは、ゲノム編集技術のさらなる高度化へ向けた基盤研究となることが期待されます。
革新的原子間力顕微鏡で拓く脳神経科学
脳の高次機能である記憶・学習の分子メカニズム解明は生命科学において重要な研究課題の１つです。記憶の解明には、特定の脳領域を対象とする研究、脳の神経回路を対象とする研究、脳を構成する神経細胞を対象とする研究、さらには、その神経細胞を構成するタンパク質を対象とする研究といった階層性があり、最終的にはそれら全ての実験事実を統合・融合して理解する必要があります。本研究は高速原子間力顕微鏡（以下, 高速AFM）を駆使し、脳を構成する神経細胞（マイクロ）と、それらを構成するタンパク質（ナノ）の動態をナノスケールの高空間分解能、リアルタイムの高時間分解能で詳細に観察し、記憶を細胞やタンパク質の動態という事象で説明することを目指します。
著書
- ブレインサイエンスレビュー2018 クバプロ 2018/06/01 原著書 共著 柴田幹大
- CRISPR-Cas9がDNAを切断する瞬間 現代化学 2018/05/01 原著書 単著 柴田幹大
- 高速AFMで捉えたゲノム編集の瞬間 日経バイオテク「第28回バイオイメージング最前線」 2018/04/23 原著書 単著 柴田幹大
- 高速原子間力顕微鏡で観察したミオシン, バクテリオロドプシンの１分子動態 週刊 医学のあゆみ 2017/07/29 原著書 共著 古寺哲幸, 柴田幹大
- Atomic force microscopy in liquid (Arturo M Baró ed.) Wiley-VCH Verlag GmbH (Chapter 7: High-speed AFM for observing dynamic processes in liquid) 2012 原著書 共著 T. Ando, T. Uchihashi, N. Kodera, M. Shibata, D. Yamamoto, H. Yamashita
論文
- High thermal stability of oligomeric assemblies of Thermophilic rhodopsin in a lipid environment. T. Shionoya, M. Mizuno, T. Tsukamoto, K. Ikeda, H. Seki, K. Kojima, M. Shibata, I. Kawamura, Y, Sudo, and Y, Mizutani J. Phys. Chem. B 122巻 27号 6945-6953頁 2018/07/12 査読有 原著論文 研究論文（学術雑誌）
- Oligomeric states of microbial rhodopsins determined by high-speed atomic force microscopy and circular dichroic spectroscopy. M. Shibata+, K. Inoue+, K. Ikeda, M. Konno, M. Singh, C. Kataoka, R. Abe-Yoshizumi, H. Kandori*, and T. Uchihashi* Sci. Rep. 8巻 8262号 11頁 2018/05/29 査読有 原著論文 研究論文（学術雑誌）
- Real-space and real-time dynamics of CRISPR-Cas9 visualized by high-speed atomic force microscopy. M. Shibata*+, H. Nishimasu*+, N. Kodera, S. Hirano, T. Ando, T. Uchihashi, and O. Nureki* Nature Communications 8巻 1430号 2017/11/10 査読有 原著論文 研究論文（学術雑誌）
- High-speed atomic force microscopy imaging of live mammalian cells. M. Shibata*, H. Watanabe, T. Uchihashi, T. Ando, and R. Yasuda Biophys. Physicobiol. 14巻 127-135頁 2017/07/26 査読有 総説 研究論文（学術雑誌）
- Fast Adsorption of Soft Hydrogel Microspheres on Solid Surfaces in Aqueous Solutions. S. Matsui, S. Hiroshige, T. Kureha, M. Shibata, T. Uchihashi,* and D. Suzuki Angew. Chem. Int. Ed. 56巻 40号 12146–12149頁 2017/08/25 査読有 原著論文 研究論文（学術雑誌）
- A natural light-driven inward proton pump. K. Inoue, S. Ito, Y. Kato, Y. Nomura, M. Shibata, T. Uchihashi, S.P. Tsunoda and H. Kandori Nature Communications 7巻 13415頁 2016/11/17 査読有 原著論文 研究論文（学術雑誌）
- Functional extension of high-speed AFM for wider biological applications. T. Uchihashi, H. Watanabe, S. Fukuda, M. Shibata and T. Ando Ultramicroscopy 160巻 182-196頁 2016/01 査読有 総説 研究論文（学術雑誌）
- Long-tip high-speed atomic force microscopy for nanometer-scale imaging in live cells. M. Shibata*, T. Uchihashi, T. Ando and R. Yasuda* Sci. Rep. 5巻 8724頁 2015 査読有 原著論文 研究論文（学術雑誌）
- Wide-area Scanner for High-speed Atomic Force Microscopy. H. Watanabe, T. Uchihashi, T. Kobashi, M. Shibata, J. Nishiyama, R. Yasuda and T. Ando Rev. Sci. Instrum. 84巻 053702頁 2013 査読有 研究論文（学術雑誌）
- Role of trimer-trimer interaction of Bacteriorhodopsin studied by optical spectroscopy and high-speed atomic force microscopy. H. Yamashita, K. Inoue, M. Shibata, T. Uchihashi, J. Sasaki, H. Kandori, T. Ando J. Struct. Biol. 184巻 2-11頁 2013 査読有 原著論文 研究論文（学術雑誌）
- Protein-bound water as the determinant of asymmetric functional conversion between light-driven proton and chloride pumps. K. Muroda, K. Nakashima, M. Shibata, M. Demura and H. Kandori Biochemistry 51巻 4677-4684頁 2012 査読有 原著論文 研究論文（学術雑誌）
- Structural changes in bacteriorhodopsin in response to alternate illumination observed by high-speed atomic force microscopy. M. Shibata, T. Uchihashi, H. Yamashita, H. Kandori and T. Ando Angew. Chem. Int. Ed. 50巻 4410-4413頁 2011 査読有 原著論文 研究論文（学術雑誌）
- High-speed atomic force microscopy techniques for observing dynamic biomolecular processes. D. Yamamoto, T. Uchihashi, N. Kodera, H. Yamashita, S. Nishikori, T. Ogura, M. Shibata, and T. Ando Methods in Enzymol. (Part B) 475巻 541-564頁 2010 査読有 総説 研究論文（学術雑誌）
- Low-frequency dynamics of bacteriorhodopsin studied by terahertz time-domain spectroscopy. S. Kawaguchi, O. Kambara, M. Shibata, H. Kandori and K. Tominaga Phys. Chem. Chem. Phys. 12巻 10255-10262頁 2010 査読有 原著論文 研究論文（学術雑誌）
- High-speed atomic force microscopy shows dynamic molecular processes in photoactivated bacteriorhodopsin. M. Shibata, H. Yamashita, T. Uchihashi, H. Kandori and T. Ando Nature Nanotech. 5巻 208-212頁 2010 査読有 原著論文 研究論文（学術雑誌）
- Picosecond time-resolved ultraviolet resonance raman spectroscopy of bacteriorhodopsin: Primary protein response to the photoisomerization of retinal. M. Mizuno, M. Shibata, J. Yamada, H. Kandori and Y. Mizutani J. Phys. Chem. B 113巻 12121-12128頁 2009 査読有 原著論文 研究論文（学術雑誌）
- Property of anion binding site of pharaonis halorhodopsin studied by ultrafast pump-probe spectroscopy and low-temperature FTIR spectroscopy. K. Nakashima, T. Nakamura, S. Takeuchi, M. Shibata, M. Demura, T. Tahara and H. Kandori J. Phys. Chem. B 113巻 8429-8434頁 2009 査読有 原著論文 研究論文（学術雑誌）
- Ultrafast pump-probe study of the primary photoreaction process in pharaonis halorhodopsin: Halide-ion dependence and isomerization dynamics. T. Nakamura, S. Takeuchi, M. Shibata, M. Demura, H. Kandori and T. Tahara J. Phys. Chem B 112巻 12795-12800頁 2008 査読有 原著論文 研究論文（学術雑誌）
- Color change of proteorhodopsin by a single amino acid replacement at a distant cytoplasmic loop. M. Yoshitsugu, M. Shibata, D. Ikeda, Y. Furutani and H. Kandori Angew. Chem. Int. Ed. 47巻 3923-3926頁 2008 査読有 原著論文 研究論文（学術雑誌）
- Halide Binding by the D212N Mutant of Bacteriorhodopsin Affects Hydrogen-bonding of Water in the Active Site. M. Shibata, M. Yoshitsugu, N. Mizuide, K. Ihara and H. Kandori Biochemistry 46巻 7525-7535頁 2007 査読有 原著論文 研究論文（学術雑誌）
- Deprotonation of Glu234 during the photocycle of Natronomonas pharaonis halorhodopsin. M. Shibata, Y. Saito, M. Demura and H. Kandori Chem. Phys. Lett. 432巻 545-547頁 2006 査読有 原著論文 研究論文（学術雑誌）
- Structural changes in bacteriorhodopsin following retinal photoisomerization from the 13-cis form. N. Mizuide, M. Shibata, N. Friedman, M. Sheves, M. Belenky, J. Herzfeld and H. Kandori Biochemistry 45巻 10674-10681頁 2006 査読有 原著論文 研究論文（学術雑誌）
- Hydrogen-bonding interaction of the protonated Schiff base with halides in a chloride-pumping bacteriorhodopsin mutant. M. Shibata, K. Ihara and H. Kandori Biochemistry 45巻 10633-10340頁 2006 査読有 原著論文 研究論文（学術雑誌）
- Strongly hydrogen-bonded water molecule is observed only in the alkaline form of proteorhodopsin. Y. Furutani, D. Ikeda, M. Shibata and H. Kandori Chem. Phys. 324巻 705-708頁 2006 査読有 原著論文 研究論文（学術雑誌）
- Internal water molecules of the proton-pumping halorhodopsin in the presence of azide. N. Muneda, M. Shibata, M. Demura and H. Kandori J. Am. Chem. Soc. 128巻 6294-6295頁 2006 査読有 原著論文 研究論文（学術雑誌）
- Hydrogen-bonding alterations of the protonated Schiff base and water molecule in the chloride pump of Natronobacterium pharaonis. M. Shibata, N. Muneda, T. Sasaki, K. Shimono, N. Kamo, M. Demura and H. Kandori Biochemistry 44巻 12279-12286頁 2005 査読有 原著論文 研究論文（学術雑誌）
- FTIR studies of internal water molecules in the Schiff base region of bacteriorhodopsin. M. Shibata and H. Kandori Biochemistry 44巻 7406-7413頁 2005 査読有 原著論文 研究論文（学術雑誌）
- Internal water molecules of light-driven chloride pump proteins. M. Shibata, N. Muneda, K. Ihara, T. Sasaki, M. Demura and H. Kandori Chem. Phys. Lett. 392巻 330-333頁 2004 査読有 原著論文 研究論文（学術雑誌）
- Altered hydrogen bonding of Arg82 during the proton pump cycle of bacteriorhodopsin: A low-temperature polarized FTIR spectroscopic study. T. Tanimoto, M. Shibata, M. Belenky, J. Herzfeld and H. Kandori Biochemistry 43巻 9439-9447頁 2004 査読有 原著論文 研究論文（学術雑誌）
- Water molecules in the Schiff base region of bacteriorhodopsin. M. Shibata, T. Tanimoto and H. Kandori J. Am. Chem. Soc. 125巻 13312-13313頁 2003 査読有 原著論文 研究論文（学術雑誌）
講演・口頭発表等
- High-speed AFM visualized DNA cleavage reaction of CRISPR-Cas9.(会議名：International Symposium on Atomic Force Microscopy at Solid-Liquid Interfaces)(2017/11/08)
- High-speed AFM imaging of membrane proteins in lipid nanodiscs.(会議名：第55回日本生物物理学会年会)(2017/09/19)
- タンパク質の動きを観るビデオ撮影原子間力顕微鏡(会議名：XFEL構造生物ミーティング)(2017/09/13)
- 高速原子間力顕微鏡のバイオ応用研究(会議名：テニュアトラック教員ランチセミナー)(2017/07/18)
- 高速原子間力顕微鏡によるナノスケールで見る神経細胞スパイン表面のリアルタイムイメージング(会議名：花王芸術・科学財団H28年度助成研究発表交流会)(2017/06/16)
- 高速AFMによる生体分子のナノスケールイメージング(会議名：花王芸術・科学財団H28年度助成研究発表交流会革新的統合バイオ研究コアワークショップ「多様な生命現象の数理モデル研究」)(2017/07/13)
- High-speed atomic force microscopy imaging of oligomeric states of microbial rhodopsins.(会議名：International Symposium on Biophysics of Rhodopsin)(2017/05/11)
- Nanoscale Visualization of Membrane Proteins by High-Speed Atomic Force Microscopy(会議名：日本化学会第97回春季年会)(2017/03/16)
- 高速原子間力顕微鏡を用いたカルシウム・カルモジュリン依存性プロテインキナーゼIIのダイナミクス観察(会議名：平成28年度生物物理学会中部支部講演会)(2017/03/06)
- 高速AFMを用いたナノバイオイメージング(会議名：金沢大学理学談話会)(2017/02/23)
- 高速AFMによる生きた細胞のナノスケール観察(会議名：第1回生体界面研究会若手の会)(2017/02/09)
- 高速原子間力顕微鏡によるナノバイオイメージング(会議名：第2回新学術創成研究機構シンポジウム)(2017/01/26)
- 高速AFMを用いたCRISPR/Cas9のDNA切断作動機構の解明(会議名：日本生体エネルギー研究会第42回討論会)(2016/12/19)
- Visualization of protein molecules in action by high-speed atomic force microscopy.(会議名：第５４回日本生物物理学会年会)(2016/11/25)
- Nanoscale imaging of living cells by high-speed AFM.(会議名：OIIB Retreat 2016 )(2016/11/21)
- Nanoscale visualization of morphological dynamics of living neurons by high-speed atomic force microscopy.(会議名：第８９回日本生化学会大会)(2016/09/25)
- High-speed atomic force microscopy for nano-scale imaging in live cells.(会議名：OptoBioTechnology Symposium on “Membrane Protein Dynamics”)(2016/07/12)
その他（報告書など）
- 生きた細胞の活動を高速原子間力顕微鏡で可視化する 柴田幹大, 内橋貴之, 安藤敏夫, 安田涼平 生物物理 2016/05/25 ⑥総説・解説（学術雑誌）
- 海外だより 柴田幹大 生物物理 55巻 2号 115-116頁 2015 ⑭その他記事
- 若手からの生物物理の未来に寄せて 柴田幹大 生物物理 52巻 2号 116-117頁 2012 ⑭その他記事
- 高速原子間力顕微鏡を用いたバクテリオロドプシンの光励起に伴う動態観察 柴田幹大 生物物理 50巻 6号 302-303頁 2010 ⑥総説・解説（学術雑誌）
- 高速 AFM イメージング技術で可視化する生体分子の機能動態 内橋貴之, 柴田幹大, 山下隼人, 神取秀樹, 安藤敏夫 化学とマイクロ・ナノシステム研究会誌 9巻 1号 1-6頁 2010 ⑥総説・解説（学術雑誌）
- 光に反応するタンパク質の動きを実空間、実時間で撮影することに成功 柴田幹大 科研費NEWSレター 2巻 14-16頁 2010 ⑭その他記事
- バクテリオロドプシンにおける内部結合水の振動解析 柴田幹大, 神取秀樹 生物物理 44巻 3号 113-117頁 2004 ⑥総説・解説（学術雑誌）
芸術・フィールドワーク
特許
共同研究希望テーマ
科研費
○基盤研究(B)「高速AFMによるゲノム編集ツールCRISPR-Casの分子作動機構の網羅的解析」(2018-2020) 代表者
○若手研究(B)「高速AFMを用いたCaMKIIの多量体構造内における記憶のメカニズム解明」(2016-2018) 代表者
競争的資金・寄付金等
○助成金 (2017-2018) 研究 高速原子間力顕微鏡による記憶の分子メカニズム解明 第９回北陸銀行若手研究者助成金 北陸銀行
○助成金 (2016-2018) 研究 糖鎖の合成と分解を可視化する高速AFM/一分子FRET複合機の開発 融合発展促進研究プロジェクト 自然科学研究機構
○助成金 (2016-2017) 研究 スパインの実空間・実時間イメージング 第３０回 公益財団法人ブレインサイエンス振興団 研究助成 公益財団法人ブレインサイエンス振興団
○助成金 (2016-2017) 研究 高速原子間力顕微鏡によるナノスケールで見る神経細胞スパイン表面の リアルタイムイメージング 公益財団法人花王 芸術・科学財団 科学技術研究助成 公益財団法人花王
○寄附金 (2016-2017) 研究 シアノバクテリア時計タンパク質KaiC六量体間の相互作用解析 北陸地区国立大学学術研究連携支援
共同研究・受託研究実績
A-STEP採択課題
学域・学類担当授業科目
○電磁気学演習１(2017)
○プレゼン・ディベート論（初学者ゼミⅡ）(2017)
○初学者ゼミⅠ(2017)
○物理実験１(2017)
○生物物理学(2017)
○数学物理学演習Ａ(2017)
○数学物理学演習Ｂ(2017)
○物理実験２(2017)
大学院担当授業科目
○演習Ｂ平成２９年度入学生用(2017)
○ゼミナールＢ平成２９年度入学生用(2017)
○課題研究Ｂ平成２９年度入学生用(2017)
○生体分子構造動態論(2017)
○生物・分子物理学ａ(2017)
○生物・分子物理学ｂ(2017)
○生物物理学ａ(2017)
○生物物理学ｂ(2017)