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生命科学の冒険者。
ようこそ、生命科学の冒険者へ。
ナレーターの金澤秀明です。
アシスタントのしだみはるです。
前回は、ついにPCRを開発するシータス社に入社したというところまでお話を伺いました。
はい、ありがとうございます。
シータス社、ついにキャリー・マリスが入社して、これからPCRを開発していくというところ、
一番喋りたかったところに、ようやくとっかかりに来たかなという感じなんですけれども、
マリスは有機化学合成の知識と技術を変えて、シータス社で命じられた仕事がDNA合成になります。
この当時は、まだ自動のDNA合成機がなかった時代になりますので、
マリスはですね、文献を調べてDNAを合成する方法というのを学んで、
社内で必要とされたDNA合成をですね、手作業で着手するということをいたします。
合成したですね、そのDNAは何に使われたかといいますと、
当時ですね、シータス社では、かまがた石鹸出給症かどうかの診断をするための診断薬開発というのをしておりました。
その手法にはですね、サザンブロッティング法という手法が使われて、
それで診断できないかということで開発が進められておりまして、
そのですね、マリスが作るDNAは、検出のためのですね、プローブっていうんですけれども、
そのDNAを異常なですね、かまがた石鹸を探索するためのプローブとして使う予定でですね、
DNA合成をしていたということになります。
で、ちょっとわからない単語がですね、出てきたと思うので説明させていただきますと、
まず一つですね、かまがた石鹸出給症ですね。
これ、わりとメジャーな病気なんですけど、日本には全然ないんでですね、
日本人は持ってない病気なので、あまり日本人は知らないのでちょっと説明させていただきます。
かまがた石鹸出給症ですね、SCDとも言いますけれども、これはですね、
遺伝性の血液疾患になりまして、アフリカ系の方とかですね、
地中海系、インド系、中東系の人々に見られる病気になります。
で、赤血球ですね、血液の中の血が赤い原因はですね、赤血球になるんですけども、
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赤血球という細胞ですね、これは酸素をですね、運搬するためのタンパク質がありまして、
これヘモグロビンっていうタンパク質なんですけれども、
これがですね、異常な形になるということによって引き起こされる病気になります。
で、細胞の形自体もですね、普通石鹸球っていうのは、
ドーナツ型というか、平べったい円盤の真ん中が窪んだような形をしているんですけれども、
かまがた石鹸球はですね、その名の通りこの遺伝子が持てる方はですね、
石鹸球が三日月型っていうんですかね、のような形をしております。
で、ヘモグロビンがですね、異常なために酸素をですね、
うまく運ぶことができないというような形なんですけれども、
これたった一文字だけですね、遺伝子に変異がある、これ点変異って言うんですけれども、
一つだけ遺伝子が変異しているっていうのを点変異って言うんですけども、
AGCT、AGCTっていう遺伝子の並びですね、
ちょっともうDNAの構造についてはあまり詳しく解説しないですけれども、
それがですね、正しいところから一文字だけですね、
AがTに変わったということで起こってしまう病気になります。
ただ、死ぬほどのことはないんでですね、
非常にひどい貧血状態には襲われるんですけれども、
生きていることはできるっていうので、
親から子に受け継がれてしまっているというような、そういう病気になります。
このカマジョウ石鹸症って結構有名なので、
バイオっていうか生物の教科書とか、
物理とかでも乗ってたりするっていうふうには聞くんですけど、
日本で見られないっていう話が先ほどありましたが、
なんでこの熱帯地域に多いのかっていうので調べられています。
実はそのエリアではマラリアがすごく流行ってまして、
このカマジョウ石鹸症を持つ人はそのマラリアに対する抵抗力がある。
マラリアがその石鹸症に感染してその中で増えるんですけれども、
それを防ぐことができる。
ちょっとあの、何ですかね、細胞膜が硬いんですよね。
硬くなっているので中にマラリアが入れなくて重症化を防ぐことができるということで、
日常的にはもちろん酸欠になりやすくてすぐにこうゼーゼーしちゃったりするんですけど、
ただマラリアにかかるっていう意味ではそこから生き延びるっていう意味で、
すごい有意義であるということなんですね。
だからマラリアがあるからこそ、
普通の石鹸球を持っている人が死にやすくなってしまって、
このカマジョウ石鹸球の人が生き残りやすくなってしまったからこそ、
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そういった人たちが増えているというのが言われています。
日本でなかなかこういうのって起きないですけど、
それこそダーウィンの種の起源とかには言われますけれども、
こうやって生き残りやすい人たちが生き残っていくということが、
結局増えるということになるんですよね。
病気としての側面もありながら、
マラリアに対しての抵抗性があるというところで、
子孫が残っていくというところもあって、
この病気を持っている方は本当に大変でかわいそうなんですけれども、
なぜかマラリアだけには強いというですね。
マラリアは結構死にますので、逆にこういった人たちが有利になるという、
そういう例としてもよく教科書でも紹介されるようなものになる。
あと、たった一文字だけですね。
テン変異とかスニップって言ったりしますけれども、
たった一文字だけ違うっていうところで、
病気が起こってしまうんだよっていうところですね。
ここら辺も教科書的には非常に良い題材となるので、
取り上げられるところかなと思います。
最近は蚊に対する対策もどんどん進んできているので、
カマジョウ石球じゃないと生き残れない、
みたいなことはどんどんなくなってきているようなので、
こういった方じゃないと生き残れないということもないですし、
もう少し進めば、その一文字だけであれば、
遺伝子治療ということも可能にはなってくると思いますので、
そういう意味では、この疾患で苦しむ人たちが、
今住んでいるエリアでそのまま暮らしていけるようになる日も近いのかな、
なんていうのは最近思っています。
そうですね。話題に出た治療法の話を先にしてしまうとですね、
この遺伝子が一文字だけ違うという状態ですので、
まずですね、クリスパーキャスナインですね。
遺伝子の遺伝子編集技術というのが最近出てきましたので、
これを使ってですね、その一文字だけを置き換えて正常型に戻してやる、
戻してやるっていうんですかね、正常型にしてやるということが
一つ考えられてまして、これは実際、今後の医療として応用できないかというところで、
もう試験も進められているようです。
現状ではですね、増血管細胞という血液を作る元となる幹の細胞ですね、
こちら自体を正常な型のものに入れ替えてしまうというような形で
根治するような治療法というのが、実際には運用されているというところですね。
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ただ、増血管細胞はですね、なかなか型が合うかどうかという問題がありますので、
それで兄弟でたまたま型が合う方が近くにいらっしゃった場合には、
できる治療という形になります。
長年本当マラリアはワクチンは絶対できないという風に言われてた治療法もですね、
なかなか難しいと言われてたんですけど、最近はワクチンもそれなりに有効なものが開発されていますし、
そういう意味では本当に治らない病気が治るようになってきていて、
このかまじょう石鹸球の方々もそもそもがそれも治すことができるかもしれないというようなところではありますが、
当時はすごい難病という扱いで、これ診断ですよね。診断するというところで。
特にかまがた石鹸球症になる場合ですね、ホモとヘテロでホモになった時に非常にひどくて、
ヘテロの場合だとマラリアに対する対抗性があるというような形で、
激しい運動をした時にはヘテロの場合でも貧血になったりとかするんですけれども、
というのが出てきますので、ホモとヘテロを見分けるという、ヘテロの場合だとですね、
基本的には顕微鏡で見てもかまがたになってないんでですね、わからないんですけれども、
遺伝子的にはですね、持っているというところで、ヘテロ、片親、遺伝子が2対あるうちの1対だけに異常があるのはヘテロって言うんですけれども、
両方に異常がある場合はホモって言ったりとかするんですけれども、ヘテロの場合ですね、
異常が遺伝子にあるけれども、基本的には見えないという状態になってますので、
ヘテロの人同士が結婚してですね、子供を作った場合にホモの方が生まれてきてしまって、
非常に苦しむということが起こりますので、そういった意味でもですね、
事前に自分が遺伝子を持っているかどうかというのを調べておくっていうのは大事ですし、
ヘテロだからといって病変がないわけではないので、何か割と貧血になるというような時にですね、
自分がそれが原因なのかどうかっていうのを知っておくっていうのも非常に重要なのかなというところですね。
特にアメリカではアフリカ系の方々がですね、昔奴隷で連れてこられて、今でも国人の方非常に多いですけれども、
そういった方々がいっぱいいらっしゃるので、アメリカではカマジョセケキュですね、
一般的な病気として知られてますので、それを診断しておけるということは大事なので、
あと対象としてこの一延期期間だけ起こっている病気を診断できるということができるようになるとですね、
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多分他にも広がるっていうところもあったんだと思うんですけども、ここをまずはターゲットに診断薬の開発を
シータス社はしていくということでやっていっているのかなと思います。
もう一つですね、ちょっと難しい用語として出てきたサザンブロッティング法なんですけれども、
これはですね、DNAのプローブ、DNAっていうのはですね、
2本差でAはTに、CはGにひっつくっていう性質がありますので、
AT、G、Cっていう並びの中でですね、必ず相方となる配列の鎖っていうのが存在しえます。
これをですね、キャリーはDNA合成によって、化学合成でですね、人工的に対象となるものを作り出してですね、
それでそれをハイブリダイズって言うんですけれども、合成したDNAにですね、
放射性同位元素っていう形で、放射線を持ったリンを加えておくんですね。
そうすると、そのプローブがひっついたDNAは放射線で後から検出することができるっていう方法がありまして、
それを使ってですね、異常型のDNAを持っている人を検出できないかということをこのシータス社は考えていました。
で、音声で説明するのが難しいんですけど、ちょっと試みてみますけれども、
多分、YouTubeとかにですね、サザンブロッティングってどういうふうにやるんだっていうのがですね、
動画なんかで出ている、もしくはちょっとネットで検索してもらうと、
図解されているものもあると思うので、ちょっとそういったものも参考にしてもらえたらと思うんですけれども、
まずですね、患者さんのDNAを抽出してきます。
これは、あの方の内側からですね、細胞を取ってきたりと綿棒とかで細胞を取ってきたりとか、
もしくはですね、血液から細胞を取ってきたりとか、あと生まれてくる前の子供であればですね、
用水から子供の細胞が混ざってますので、そういった用水から細胞を取ってきて、
DNAを抽出するということをいたします。
で、その抽出したDNAをですね、特定の延期配列を認識してDNAを切断する制限構想っていうですね、
ある並びになっている配列のときにだけそこの場所を切るよっていう構想があるんですけれども、
その構想を使って切ってやります。
切ってやることによってですね、非常に長いDNAがですね、いろんな長さにぶつ切りに切れるということになります。
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これがですね、このカマガタ石鹸球の遺伝子が正常の場合だとですね、切れるけれども、
異常の場合だと切れないみたいなですね、そういった制限構想っていうのを使います。
でですね、これを伝経度という手法を使って、DNAをですね、長い順というか短い順というか、
とにかく伝経度という手法を使って大きさごとに分けてやるということをします。
伝経度はどこかで解説してたと思うんですけれども、一応ちょっと簡単に解説すると、
ゲルというものを使ってですね、DNAというのは電化といって、電気で引っ張られる性質がありますので、
ゲルの一箇所にですね、ウェルといって穴を横長に開けておくんですけれども、そこにDNAの溶液をまず入れまして、電気をかけてやります。
ゲルはですね、寒天とかで作るわけですけれども、寒天はですね、ぷるぷるしたゼリー状のものですけれども、
こいつはですね、分子格子っていう、分子ふるいとか分子格子とかっていうんですけれども、網目構造になっています。
非常に細かな網目構造がありまして、運動会のですね、障害物競争で、はしごをですね、ずっと連続で置いといてもらうと。
このはしごをですね、用意ドンからスタートしてですね、10個ぐらい並んでいるとして、これをですね、用意ドンで走ったときに、
小さい子はですね、はしごをどんどんどんどん穴をくぐって先に行きますけれども、大きい人はですね、つっかえつっかえしながら移動していくということが起こりますので、
小さい子は早く到着、大きい人はゆっくり到着するということが起こると思うんですけれども、DNAも同じでですね、
このふるいによってですね、小さいものは電気に引っ張られて早く下の方に到達して、大きいものはなかなか進めずに上にとどまっているというような状態が出来上がります。
これでですね、DNAを大きさで分けてやるということをしまして、それからですね、2本作になっているDNAを、
1本作にアルカリを使ってですね、処理してやって、1本作に編成というふうに言いますけれども、してやって、メンブレンというですね、
プラスチックみたいなのでできた白い紙みたいなやつにですね、DNAを今度移してやるということをしまして、
大きさ分けになったDNAがですね、その紙のようなところに移った後にプローブですね、マリスが作ったプローブを配分にさせます。
このプローブ自体がですね、ハイブリという形で、対象となるβグログリンのですね、遺伝子のところにひっついて、
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かつこのプローブがですね、放射性同位元素ですね、P、放射性同位元素を持っていますので、その上にX線をかぶせてやるとですね、
X線フィルムをかぶせてやると、この放射線がですね、X線フィルムを干渉してバンドが出てきます。
で、正常型の方と異常型の方ではですね、制限構造で切られるか切られないかということが起こりますので、
出てくるバンドのサイズが違ってくるんですね、大きさが違ってくるというところになります。
大きさが違うというのは、バンドの大きさが違うというわけではなくて、バンドが出てくる位置が違うということになるんですけれども、
大きいDNAは上の方でバンドが出ますし、小さいDNAは下の方でバンドが出るというような形で、
出てくる位置が違うということで、見分けることができるんじゃないかというような形になります。
ただですね、これがですね、シータス社が行っている中でですね、
サザンブロッティングはやはりちょっとなかなかそのRIを使わないといけないとかですね、
あとまあ今ざっと僕がガーッと口で喋りましたけれども、なかなか手間と時間がかかる実験になりますし、
かつ当時はですね、放射性同位元素ぐらいしかなくて、なかなか感度が低かったというところで、
なかなかうまいこと検出ができないというような問題点に突き当たっておりましたというような感じです。
ちょっと窯型設計という章とですね、あとサザンブロッティングというちょっと特殊な用語が出てきたので説明させていただきました。
サザンブロッティングはさすがに最近使うことはないかなというのは思いますね。
もうDNAシーケンサーが出てきたのでほとんど、もう直接シーケンス読んじゃえばいいじゃんっていうのがありますんでね。
温度使うことないですよね。
論文でも全く見ないですね、本当に。
僕が若いとか結構ね、やったんですけどね。
やっぱりシーケンシング技術の進歩っていうところもありますし、放射性同位体を使うことによるデメリット。
感度の話もありましたけど、やっぱり放射線が出てますので実験する人自体がそれで被曝してしまう。
そんなに大きな量ではないので、もちろんレントゲン写真撮るぐらいの量ではあるんですけど、やっぱり毎日毎日ずっとずっとってなるとやっぱり被曝してしまうっていうところはあって、なかなか今の時代には受け入れられないのかなと思います。
そうですね、僕もあれですね、今だと蛍光プローブとかっていって、蛍光で色をつけてですね、見ることができるので、
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放射性同位元素よりもですね、すごく感度が高くなってますので、今も放射線同位元素を使うっていうような実験はほとんどなくなりましたけれども、
それこそ私がテクニシャンをやってたですね、30年前ぐらいはですね、まだ有効な蛍光プローブとか、あとアルカリフォスファターで光らせるとかですね、
そういったのもまだあんまり一般化されてないというか、いい商品出てなかったので、RIまだ使ってましたね。
なので、メンブレンを広げるときにですね、研究者の方からちょっと広げるの手伝ってとかって言われて、
放射線がですね、自分の体に当たっているかどうかっていうのを検出するためのテスターみたいなのがあって、
XFフィルムみたいなのが入っているやつをですね、確か男子の場合だと清掃に影響がないかっていうのを調べるために、確か下半身のところにクリップでパチって止めておくんですけれども、
それで実際実験が終わった後でですね、それを観光させて、検査会社に送るんですけど、観光させて、
放射線が自分の清掃のあたりにですね、飛んできてなかったかどうかっていうのを後から検証するとかっていうようなことをやってましたね。
ほとんど飛んでは来てなかったんですけれども。
確かに。実験のやり方というか、あまりにも近くでやると良くないとか、そういうのもありますし、今は一応デジタルのカウンターがありますので、
そういったところをクリップでつけて、半年とか1ヶ月は定期的に記録するというような形になってるかなと思います。
でも結局その有機合成においては非常に放射性同位体って重要な技術だったわけですよね。
だからこうやって広まってきてたわけですよね。
特に例えば加工部と合成したときに、AとBっていうものがあってCとDができましたってなったときに、どこの炭素がどっちに行ったんだみたいなことを調べるのにとても大事だったわけですよね。
ただそれをバイオに応用しようとすると、少ないものを測るとかってなったときにぼやけてしまって何がないかわからないみたいになっていたところを、
技術的な改良によって傾向、UVを当てることによってそれを見るとか、その他コースを使った方法とか先ほどお話いただいたみたいな、
そういった方法に置き換わっていくことによって感度も良くなったし、実験者自体の悪露というところ、被曝もしなくなったっていうところではあるかなと思います。
ただそれも実は一長一短ではあるんですけれども、今の世の中の流れとしては放射性同位体は使わない方向になっているかなと思いますね。
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でもちょっとこの余談でめちゃめちゃ反らしてしまってあれなんですけど、蛍光ってなるとオワンクラゲの蛍光を取ってきて解析に使ったっていうのがノーベル賞になっていて、あれ日本人でしたよね。
私、名前覚えるのが得意じゃないので忘れちゃいました。
そうですね、僕もそのうち取り上げている研究者ですけれども。
忘れちゃいましたが、あれもGFPですね、グリーンの蛍光を取ってくるってなるんですけど、タンパク質性できているのでかなり大きいんですよね。
だからそれを何か体の中で動いているのを見ようってなると、もともとの物質に対してめちゃめちゃ大きな蛍光物質をくっつけてしまうことになるので、
実は動きが変わってしまうこともあるんですよね。
だからそういったところもあって、そういう蛍光物質もどんどん改良されていってるんですが、なかなかそれだけでは解決しない部分があります。
だから皆さん、放射性同位体っていうとすごくちょっと危ないなって思うかもしれないですけど、例えば検査でも使われていますし、医薬品としても使われているケースがあります。
検査の場合は、例えばがん細胞があるかどうかっていうところで、がん細胞があればそこに集まるよっていうような物質を体の中に投与して、それが実際に集まってないかどうかを確認する。
そういった時に、そういう放射性同位体が使われています。
そうですね、例えばがん細胞なんか、細胞分裂激しいので栄養をすごい要求するので、例えばブドウ糖の炭素だったかな、にRiを標識しておいて、
それで注射科なんかで打つんですかね、それで体に取り込ませて、がん細胞は栄養くれくれ言ってるんでですね、それががん細胞のところにいっぱい集まるわけですね。
それで何時間か後にですね、ペットって呼ばれるもので、どこに放射線が集まっているのかっていうのを見てですね、それによってがん細胞がここにいるよっていうのがわかるというような仕掛けなんかにも応用されていますので、
結構X線で骨折を見るとかもですね、もちろんですけれども、本当に体のいろいろなところを調べるのにペットも放射線も応用されてますよというようなところになります。
それをですね、サザンブロッティングっていう手法で初期の頃は使ってたというような話になります。
それでですね、オワンクラゲの緑色の蛍光タンパク質ですね、これを発見したのは下村治先生だ。
そうですね、2008年ですね。2008年っていうと結構昔ですね、なんか昨日のことのような感じがしてます。
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大学に入学したとして結構印象的だったんですよね。でもあれもなんかすごい話を聞くと面白いなって思ったので、ぜひ皆さんにもそれは知っていただきたいですね。
家族みんなでクラゲ捕りをして頑張ったという話を含め、なかなかその研究者って一人でやってるように見えて、やっぱ家族みんなでやってるっていうか、
家族の理解があるというか、山中先生もそうですが、なかなか面白いなと思いながらでした。またぜひお願いします。
ただ光る物質がなぜなのかっていうので、オワンクラゲ一生懸命捕ってやってたのが、まさかバイオの世界でこんな応用されることになるとはって感じですよね。
本当にさっきの01の話ではないですけど、なんでかわかんないけどできちゃったみたいなところから研究って始まるんですよね。
エニシリンの発見もそうです。不意にうまくいったっていうところで、それこそノーベル田中さんがうまくいったっていうのも、
意図してそれを発見できたというよりかは、いつもと違うことをやったらうまくいったっていうところからスタートなんですよね。
そういう意味では、研究って同じことをやってると見つけられないところではあるので、こういうキャリーさんみたいにいろんなことやってみよう、カフェの店員やってみようとか、そういうふうな気持ちがあるからこそ、新たな発見につながるんだろうなって思いますね。
そうですね、本当にその通りですよね。なんかやっぱり興味を持っていろいろやってることが何か突然、進むのないところにつながることもあれば、特に何にもつながらないこともあるので、なんかそのあたりはすごい面白いというか、何が成功するなんてわかんないんで、いっぱい興味を持つ人に調べさせるよって思いますよね。
確かに。
もうその数が多ければ多いほど成功の可能性、何かが成功する可能性っていうのはもちろん出てくるんでですね、あんまり科学技術に対して予算を削減とかトランプみたいなことは言わないでほしいなと思って。
そうですね、やっぱり数じゃ当たるじゃないですけど、いろいろやってる中でやっぱり人間なので全く同じようにはできないですから、その中でやっぱりそういった発見っていうのが、今日めんどくさいなとかって適当に手抜きしたことがうまくいったりとかあるので、だからこそ機械にすべて置き換えてしまうのがいいんじゃないか、そうするとエラーもないしブレもないんじゃないかみたいな話もあるんですけど、結局そういったところが逆に発見を妨げる可能性もあるので。
そこはいい感じにやっていく必要があるのかなっていうのは思いますね。
もうなんかその、今まさに話に出たところなんですけれども、キャリー・マリウスはですね、とにかくめんどくさがり屋でルーティンワーク、ルーティン的な実験が嫌なんですよね。
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なので何をしたら一手順減らせるのかっていうのをいつも追求してたみたいです。
で、次回お話ししたいと思うんですけれども、DNA合成から携わるわけですけれども、今となっては自動化されてしまった技術ですけれども、この当時はですね、もう手作業でやっていかないといけないというような状態でしたので、
そこの中でですね、かつめんどくさいサザンブロッティングを使わない、それで作ったプローブでめんどくさいサザンブロッティングをしないといけないというところで、ここら辺をですね、何とか省略したいっていうので考えに考えていった先にたどり着いたのがPCRというようなところになりますので、手順を、めんどくさがるってすごい大事だなって思いますね。
必要は初めの母ですからね。
そうですね。
真面目に何かこなした仕事、言われた仕事をこなしてるのが偉いってわけじゃなくて、それをいかに早く、どんだけ手抜きをするのかっていうのが大事なのかなっていうところになってくるかなと思います。
といったところで、今回は終わりにさせていただいて、次回からですね、キャリーが行っていったDNA合成、化学合成のですね、日々というか手順をですね、お話しさせていただきたいと思います。ありがとうございました。
ありがとうございました。
