生物物理学

生命の物理を探究する

生命現象の理解は現代物理学の最重要課題の一つです。生物には階層性があり、ミクロ（原子・分子）のレベルではDNA やタンパク質などの生体分子，その上の階層にはタンパク質集合体から構成される生物分子機械，さらにその上の階層には細胞およびその集合体としての生体組織があります。

生物物理部門では、３つの研究室がこれらの階層それぞれに軸足をおいて研究を展開し、階層を上り下りしながら生命現象の物理的理解に取り組んでいます。

生物物理学には広大な未開拓領域があり，物理の力でこれを切り開こうとするフロンティア精神を持った若者の参入を待っています。

研究テーマのいくつかを以下に示す：

• タンパク質分子機械の動作機構と制御機構（エネルギー変換機構，情報変換機構，アロステリック機構）を計算物理で解明する。
• アクチンフィラメントの協同的な構造多型性をキーワードに、細胞運動や細胞分裂の際に細胞内の構造の分布に不均一性が生じ細胞が極性を獲得する分子機構を解明する。
• 細胞集団の協同的現象の仕組みの基本原理を物理学として理解し，創薬，医療への展開を考える（神経細胞ネットワークの演算処理，心筋細胞集団の安定性，転移がんの仕組みなど）

Exploring the Physics of Life

Understanding the fundamental principles of life phenomena is one of the greatest challenges in modern physics. Living systems are inherently hierarchical: at the microscopic level are biomolecules such as DNA and proteins; at the next level, protein assemblies form functional molecular machines; and above that lie cells and tissues composed of cellular networks.

In our Biophysics Division, three research groups are each dedicated to different layers of this biological hierarchy. Through collaborative efforts that bridge across these scales, we aim to uncover the physical mechanisms behind complex life phenomena.

Biophysics remains a vast and largely unexplored frontier. We welcome aspiring young researchers with a pioneering spirit who seek to advance the life sciences through the power of physics.

Our current research themes include:

• Elucidating the physical principles of how molecular machines work—such as energy conversion, information processing, and allosteric regulation—through computational physics.
• Focusing on the cooperative structural polymorphism of actin filaments to reveal the molecular mechanisms behind asymmetric intracellular organization and cell polarity during dynamic cellular processes.
• Understanding the physical principles underlying collective behaviors in cell populations, and exploring their applications in drug discovery and medicine (e.g., computational processing in neural networks, the stability of cardiomyocyte clusters, and the mechanisms of metastatic cancer).