昨日は、大学院の修士２年生と博士３年生の研究発表がありました。
「ナノバイオ研究演習２」「ナノバイオ研究演習５」という大学院の修士課程、博士後期課程の必修単位です。

これらのナノバイオ研究演習は、現在、自分たちが取り組んでいる修士論文研究、博士論文研究が、社会的にどのような意義があり、類似した研究はどのように行われていて、どこに自分の研究の新規性や独創性があるのか、また、それによって得られた成果が将来的にどのように活かされるのか、プレゼンテーションするものです。当然のことながら、研究者として、将来活躍するには不可欠な能力となります。

発表は朝から夕方までありましたが、聴講は自由でしたので、多くの大学院生、学部生も聴講にきていました。日頃、いろいろな話をしている大学院の先輩たちの研究内容もこういう形で聞くとよくわかるものです。学部生にとってみると、卒業研究や大学院の修士論文研究、博士論文研究というのは、まだまだ先のイメージがあるかも知れません。ただ、４年生になれば全員が取り組むことになります。１，２年生もそんな遠くない将来に、３年生にとってみれば、来年に取り組むこととなります。

大学院の必修科目の成績評価にも関わるということで、教員からの厳しい質問も飛び交い、会場はやや緊張した空気もありましたが、自分たちの研究を説明しようとするプレゼンテーションや厳しい質問にも必死に回答しようとする大学院生の受け答えの中から、何かしら学びとってもらえればうれしいところです。

がんばれ、未来の研究者たち。

酵素や抗体など、わたしたちの体内の分子には、特定の物質を識別するという能力をもつものがたくさんあります。酵素が識別する物質は「基質」、抗体が識別する物質は「抗原」と呼ばれます。「識別している」と意識をされたことはなくても、これらの用語は聞かれたことはあると思います。

酵素や抗体などの「識別」能力を活かして、特定の物質を計測するようにつくられたセンサーを、バイオセンサーといいます。

土田君の３年前期のテーマは、農薬を検出するバイオセンサーの開発です。農薬は、（不本意にも漏れ出してしまうということではなく）積極的に環境中にまかれる物質ですので、環境中や農作物中の残留農薬のチェックは欠かせません。環境中や農作物中にはさまざまな成分が混在していますので、その中から農薬だけを識別して計測することができるバイオセンサーが役に立つ、というわけです。

上の画像は土田君が作製したセンサー基板。チッ化ケイ素という素材の板の表面に、農薬を識別することができる「人工抗体」が薄く貼付けてあります（とても薄いのでこの画像ではよく見えません）。農薬が基板上にやってくると、この人工抗体にキャッチされます。下の画像の装置（反射型干渉分光計といいます）は、その様子が測定できるように設計されています。

大変幸いなことに、小さいながらも、農薬に応答したシグナルが見られました。人工抗体と反射型干渉分光計を使って農薬を測定したのは、土田君がはじめて。まだ高濃度の農薬しか検出できませんので、実際の環境分析や農作物分析に応用するには、さらに感度を向上させる必要がありますが、うまくいけば「安価で大量生産可能な人工抗体で作製できる新しいタイプの農薬センサー」として専門誌に掲載される可能性があります。前期期間の終了まで、あと２週間。性能向上を目指して、がんばってください！

前回のブログでは、DNAの形の美しさと、この形のおかげで遺伝が可能になることをお話ししました。

それでは、DNAはなぜ螺旋（らせん）状の形になるのでしょうか。あるいは、螺旋でなければならない合理的な理由があるのでしょうか。さらに、化学的な立場で考えると、DNAにはもう１つ大きな疑問があります。それは螺旋がマイナスイオンの鎖によってつくられるということです。どうしてマイナスイオンどうしが絡み合うことができるのか、しかも螺旋状に。とても不思議な現象です。最近の研究でわかってきたのは、螺旋になるにはマイナスであることが重要だということです。これは化学的な理屈になります。こうした螺旋構造になるための理論的な（化学的な）裏付けを利用すれば、DNAの形を人工的に変えたり、人工DNAを開発することも可能になります。

DNAのまわりには沢山の水がまとわりついています。この水がなければDNAは螺旋になることができません。生命体にとって水が不可欠である理由をここでも見つけることができます。ペットボトルの水と比べると、細胞に含まれる水は特殊な性質を持っています。この水の役割を調べることで、細胞にあるDNAの性質やはたらきを明らかにする試みも行っています。また、DNAの兄弟分にあたるRNAという物質にも注目しています。RNAはいろんな形になることができ、なかには化学反応を行うものもあります。DNAとRNAの隠された動作原理を明らかにし、遺伝の仕組みを分子レベルで理解することで、医療や産業分野への利用に役立つ情報を提供したり、生命システムがもつ仕組みを利用した有用な人工分子を開発できればと考えています。

私の研究室ではもう１つ、最近になって始めたことがあります。タンパク質を使った研究です。多くの先生の協力によって、ようやく研究を始める環境が整いました。いま注目しているのは、脂肪酸を取り込むタンパク質です。脂肪酸は生活習慣病のリスクと関係すると同時に、健康にも不可欠な物質であり、化粧品や機能性食品などに利用されています。リノール酸やDHAはその代表的なものです。脂肪酸のなかには、DNAに影響して細胞のはたらきを変えてしまうものもあります。体内に取り込まれた脂肪酸を細胞のなかに運び、そしてDNAに作用させる手助けをしているのが脂肪酸結合タンパク質です。細胞の内部は水がとても多い環境です。このため、脂肪酸のような水に溶けにくい脂肪酸は、タンパク質に取り込まれることで細胞に馴染むようになります。どのような脂肪酸がタンパク質に取り込まれやすいのか、どうやってDNAに作用するのかなど、まだわかっていないことばかりです。細胞内部での脂肪酸輸送システムを解明し、その原理に基づいて脂肪酸の取り込みをコントロールできるようになれば、糖尿病、高血圧、脂質代謝異常などの生活習慣病を改善する方法の開発につながると期待されます。

細胞で行われる脂肪酸の輸送。脂肪酸がもつ情報は脂肪酸結合タンパク質によって核のDNAに伝えられる。

これらの研究を通して、新しいテクノロジー開発に利用できる情報を提供するとともに、教科書に載るような研究成果が得られれば嬉しく思います。先端科学を支える基礎研究は、大学ならではの研究課題と言えます。学生には、研究を通して生命現象の面白さと奥深さを知ってもらい、そして実験データを論理的に考えたり、議論できる力を身につけてもらいたいと思っています。

設立３年目のFIRST。３年生になった１期生たちは週３日、一人ひとり内容が異なる「研究テーマ」に取り組んでおり、日々、未知の事柄を明らかにしたり、新規な物質をつくり出すことにチャレンジしています。

使用する実験機器も専門性の高いものとなっています。

（走査型電子顕微鏡を測定中。顔も写るようにもう少し近くから撮りたかったのですが、本人が大いに照れて、実験に支障をきたしそうだったので遠くから撮りました。いろいろな点で成長しましたが、写真が苦手なところは入学後からまったく変わっていません。 ）

（高速液体クログラフィー(HPLC)で合成したペプチドを精製中。「このペプチドを何に使うのか？」はたいへん面白い内容ですので、近いうちに紹介したいと思っています。） 
 

前回はFIRSTに所属する１５名の教員の中から、生命高分子科学研究室の長濱宏治先生を紹介しました。今日は、分子機能科学研究室の中野修一先生をご紹介します。

中野先生は、「生命現象を化学の視点から解明する。生命体がもつ基本原理を明らかにし、テクノロジー開発に役立てる」という研究目標を掲げ、DNAやタンパク質などのバイオ分子の動作原理を解明する研究を進めています。

私の研究室では「生命システムで分子がはたらく仕組み」に注目した研究課題に取り組んでいます。最初に、私がなぜこの分野に興味をもっているのかをお話ししようと思います。

高校での生物の授業で食物連鎖と自然淘汰を知ったとき、私は大きな衝撃を受けました。食物連鎖によって地球上のあらゆる生物がお互いに関係し、そして自然淘汰によって生物は進化してきたという事実に対してです。この自然界のおきてを知ることで、それまでバラバラだった知識がつながったときの爽快感を忘れることができません。一方で、高校での化学の授業はあまり好きではありませんでした。物質の化学反応を暗記することに意義を見出せなかったのです。でも大学生になって、化学反応は熱力学のルールに基づいて起こることを知りました。多くの化学反応の理由を説明できる理論の存在を知ることで、心の中のモヤモヤが一気に晴れました。振り返ってみると、私は自然界にある仕組みに心動かされてきたようです。このことは私の今の研究のモチベーションにもなっています。

私の研究室ではDNA（遺伝子）に関する研究を行っています。DNAはとても調和の取れた、きれいな形をしています。２本の長い鎖が絡み合って螺旋（らせん）状になったDNA、これが親から子へと遺伝していく物質の正体です。私たちの身体の中にある、芸術作品ともいえるDNAに驚嘆せずにはいられません。この形がわかったのは、いまから60年ほど前のことです。つまり、この半世紀ちょっとという短い間に、DNAを中心とした遺伝の仕組みが解明されたのです。驚くべきスピードといえます。私が高校生だった頃は、バイオテクノロジーという言葉が世間に広まり始めた頃ですが、生物の授業でもDNAの形については詳しく習わなかったと思います（授業を聴いていなかっただけかも知れませんが・・・）。私の両親に至っては、DNAの話を聞いた経験さえないと思います（ですので、私が大学でどんな研究をしているのかについては、いまだ理解してもらえていません）。今やDNAという用語は広く知れ渡るようになりましたが、DNAの形が教科書で紹介されるようになったのはこの数十年のことです。つまり、DNA研究はとても新しい分野なのです。

DNAのすごいところは、その形が遺伝の仕組みを物語っていることです。タンパク質では考えられないことです（たとえば、形から酵素のはたらきを推測することは不可能です）。DNAには相補性と呼ばれる性質があり、パズルのピースを合わせるように、DNAのピースどうしを合わせることができます（DNAのピース合わせは化学的な作用によって行われます）。この仕組みによってDNAの遺伝情報がコピーされ、子孫に受け継がれていきます。つまり、生命体は“化学の力”を利用して遺伝を成し遂げているといえます。フロンティアサイエンス学部で学ぶ生命化学は、こうした生命の仕組みを理解するのにも役立ちます。

中野先生が今、理科を学ぶおもしろさを知ったきっかけや、DNA研究の話など、わかりやすく解説してもらいました。中野先生が今行われている研究は、次回に詳しくお話しますね。（つづく）