分子・細胞

文部科学省の資料によると、成人が食事からとるタンパク質は 1 日に約 60〜80 g です。ところが体の中では、毎日 200〜300 g のタンパク質が作られていると推測されています。足りない材料は、どこから来るのでしょうか。

答えの 1 つが、細胞が自分の中身を膜で包んで分解するオートファジーです。ギリシャ語で「自分を食べる」という意味です。分解してできたアミノ酸は、新しいタンパク質の材料やエネルギーに使われます。

大隅良典さんは 1988 年、東京大学で自分の研究室を持ち、パン酵母の「液胞」に注目しました。液胞は当時、細胞のごみためのように考えられていました。分解の酵素をなくした酵母を飢えさせて光学顕微鏡で見ると、液胞の中で小さな粒がたくさん動き回っていました。

大隅さんはその後、約 2,000 の変異株の中からオートファジーが起こらない株を見つけ、必要な遺伝子を突き止めました。2016 年にノーベル生理学・医学賞を受けています。ノーベル財団は、オートファジーの乱れがパーキンソン病や 2 型糖尿病などとも関係すると説明しています。

1987 年、大阪大学の石野良純さんたちは、大腸菌の遺伝子を調べる途中で、不思議な並びを報告しました。同じ配列が、間をあけて何度もくり返していたのです。当時は、その役割を予想できませんでした。のちに CRISPR(クリスパー)と名付けられる並びです。

2000 年代の半ば、CRISPR は細菌がウイルスから身を守る免疫のしくみだと分かってきました。感染したウイルスの DNA の一部を記録しておき、次に来たときに見分けて切るのです。

2012 年、シャルパンティエとダウドナは、狙った場所の DNA を切る方法を示しました。Cas9 というタンパク質に、行き先を示すガイド RNA を組み合わせるのです。2 人は 2020 年のノーベル化学賞を受けています。いまでは作物の品種改良や、遺伝する病気の治療の研究に使われています。

多くの大学では、1・2 年で分子生物学・細胞生物学・生化学の基礎を学びます。実験の授業では、大腸菌や酵母を育てたり、DNA を取り出して長さごとに分ける電気泳動をしたりします。科目の名前や順番は大学によって異なります。

研究室では、扱いやすい「モデル生物」を使い、遺伝子の働きを一つずつ確かめます。酵母・大腸菌・ショウジョウバエ・マウス・シロイヌナズナなどです。遺伝子を組み合わせて新しい働きの細胞を設計する国際大会 iGEM に、学生チームで挑む大学もあります。

仕事では、医薬品・食品・化粧品のメーカーの研究開発や、検査や試薬の会社などにつながります。大学院に進んで研究者を目指す人も多い分野です。文部科学省の資料によると、大隅さんの研究室では、研究の最初に必ず光学顕微鏡で観察していたといいます。自分の目で確かめることを大切にする大隅さんは、「素朴な疑問を持ち続けることが大事だ」と若い研究者にエールを送っています。