ノーベル賞にはどんな部門があるのか
あきは、生命科学を扱うこの番組では、ノーベル生理学医学賞に近い研究を紹介したいと話します。
一方で、免疫や医学に役立つ技術のなかには、ノーベル化学賞として評価されたものもあると続けます。
私、あの、ゴリゴリに文系なので。文学賞とか、あと平和賞とか、そっちはなんとなくわかるんですけど。逆にその科学ものは何種類あるのかよくわかってないです。
あきは、化学賞のなかにも「この分野は生物だよな」と感じる研究があると紹介します。
そこで今回は、バイオテクノロジーの現場で欠かせない技術を生んだ日本人研究者を、化学賞受賞の順に取り上げます。
光るクラゲが生んだGFP〜下村脩〜
最初に挙げたのは、2008年に受賞した下村脩博士です。緑色蛍光タンパク質、通称GFPの発見とその応用が受賞理由でした。
GFP緑色蛍光タンパク質(Green Fluorescent Protein)。オワンクラゲ由来のタンパク質で、紫外線などを当てると緑色に光る性質を持つ。生命科学の可視化技術として広く使われる。下村先生は、光るクラゲから光る原因物質を分離し、それが緑色に光るタンパク質であることを突き止めました。
GFPは研究の目印として使えます。見たいタンパク質の遺伝子の下にGFPの遺伝子をつなげて細胞に入れると、目的のタンパク質にGFPがくっついた形でできあがります。
目印になる。
蛍光顕微鏡で見ると、そのタンパク質がどこで働き、どう動くのかを観察できます。GFP以外にも赤や黄、青に光るものがあり、複数のタンパク質を色で見分けることもできます。
もっとも下村先生自身は、当初これが研究の道具になるとは考えていなかっただろうと、あきは推測します。
クラゲが光る仕組みが知りたかっただけで一生懸命というか、それを知りたくて頑張ってた研究が、まさかこんな風に花開くとは。
一滴の血液からタンパク質を見る〜田中耕一〜
続いて、2002年に受賞した田中耕一先生です。生体高分子の同定と構造解析の手法開発が評価されました。
それまで難しかった、タンパク質のような大きな分子を壊さずにイオン化し、質量分析計で正確に質量を測る技術を開発したのです。
私は今、ちょっと言葉が全く入ってこない。呪文に聞こえてますが。
仕組みをざっくり言うと、分子に電荷をつけて横向きに飛ばし、電磁石で引き寄せて落とします。重いものは近くに、軽いものは遠くに飛ぶため、その落ち方から化学組成を推測できます。
質量分析分子をイオン化して質量を測り、その値から分子の種類や量を推定する分析手法。少量の試料から多数の分子を同定できる。この考え方を、有機化学レベルの小さな分子だけでなくタンパク質にまで広げたのが田中先生の功績です。
これにより、細胞をすりつぶして出てきたタンパク質を分析し、どんなタンパク質がどれくらいあるのかを見えるようにしました。少量の血液から特定のタンパク質の変化を高感度で捉えられ、病気の早期診断や創薬の基盤になっています。
田中先生は島津製作所の研究員で、企業の研究者として日本人で初めてノーベル賞を受賞した人物だと、あきは紹介します。
左手型と右手型を作り分ける〜野依良治とサリドマイド〜
2001年に受賞したのは野依良治先生です。受賞理由は、キラル触媒による不斉反応の研究でした。
化学合成では、鏡に映したような構造を持つ分子ができてしまうことがあります。左手型と右手型のような関係で、これを鏡像異性体と呼びます。
構造式は同じなので分けるのが難しいのですが、野依先生は左手型だけ、あるいは右手型だけを作れる触媒を開発しました。
この技術の重要性を語るうえで、あきはサリドマイド事件を挙げます。つわりを軽くする薬として発明され、飲んだ妊婦は楽になったといいます。
しかし、その薬を使った妊婦から手足の短い赤ちゃんが生まれてしまいました。原因は鏡像異性体で、片方は劇的に効く薬だったのに、もう片方は毒物だったのです。
じゃあそのサリドマイドを使用した方の中で、全く影響がなく、つわりだけが収まった方がいたということ？
いいえ。化学合成されたサリドマイドには右手型と左手型が半々含まれていたため、一つの薬の中に薬効を持つ成分と毒性を持つ成分が同居していました。そのため、つわりには効きつつ、胎児にはもう片方が毒として作用してしまったのです。
野依先生は、こうした毒性を避けられる合成手法を開発しました。化学賞ながら、医学に大きく貢献する研究だといえます。
めちゃくちゃありがたいですね。
古典的免疫学の確立期〜食細胞と抗体〜
ここから話題は、坂口先生に至るまでの免疫学の歴史へ移ります。まずは19世紀末から20世紀前半、古典的免疫学の確立期です。
この時代は、病原体から体を守る免疫の防御機能の解明が中心でした。まず登場するのが食細胞説です。
メチニコフは1880年代に、白血球が異物を食べる食作用を顕微鏡で観察し、細胞による防御、すなわち細胞性免疫があると提唱しました。
続いて1890年代には、抗体産生説が出てきます。エールリッヒが唱えたもので、血清の中の抗体が抗原にくっついて毒を無毒化しているという考えです。
その背景には、北里柴三郎が見つけた現象がありました。破傷風の毒に少しずつ慣らして強くしたマウスの血清を、死にかけたマウスに打つと回復するというものです。
なんかわからんけど、血清の中には毒を消してくれる輩がおるなと。
この現象は血清療法として広まりました。エールリッヒはこの研究で1908年にノーベル賞を受賞しています。
さらに、エールリッヒが「魔法の弾丸」と呼ばれる梅毒の治療薬を開発した際、その実験の大半を担ったのが北里の門下生である畑先生だったと、あきは免疫学における日本人のつながりを紹介します。
同じ時期、ジェンナーやパスツールのワクチンによって、一度かかると二度とかからない、あるいはあらかじめかからないようにできることがわかり、獲得免疫の概念が確立しました。
自己と非自己をどう見分けるのか
20世紀半ばになると、免疫学は現代化していきます。中心となったのは、免疫システムが自分と自分以外、つまり自己と非自己をどう区別しているのかという根本的な疑問でした。
この問いに対し、バーネットは1950年代にクローン選択説を唱えます。あるリンパ球はある抗原にだけ反応し、その相手を見つけると、その細胞だけが増殖するという理論です。
たとえば、新型コロナウイルスのスパイクタンパクにぴったりはまる腕を持つリンパ球が、その相手に出会うと一気に分裂します。そして体内を駆け回り、ウイルスを見つけるたびに排除していきます。
次に登場するのが自己寛容の概念です。自分を攻撃するようなリンパ球が生まれた場合、それは排除されるとされました。
これはクローナルデリーションと呼ばれ、当時は自己免疫を防ぐ唯一の方法だと広く信じられていました。この原理を見つけたバーネットとメダワーは、1960年代にノーベル賞を受賞しています。
同じ1960年代には、T細胞とB細胞も発見されます。胸腺で分化する細胞がT細胞、骨髄で分化する細胞がB細胞です。
T細胞は敵を攻撃する側、B細胞はY型の抗体を作る側として役割が分かれていることが解明されました。
ただし、この時代には課題も残りました。自分を攻撃するリンパ球が排除されるなら、なぜ自己免疫疾患が起こるのか。自己寛容だけでは説明がつかない、という壁にぶつかったのです。
そしてこの壁の先に、いよいよ坂口先生が登場します。今回はここでお開きです。
今の古典的免疫学からT細胞、B細胞ぐらいまでの話で、今となっては全く違ったよね、という話はあるのか。
あきによれば、これらは一つずつ確立していった歴史であり、説だけでなく実験的にも確かめられています。あとから否定された内容ではなく、その積み重ねの上に今の発展があると考えてよいとのことです。
まとめ
今回は、バイオ研究を支える技術でノーベル化学賞を受賞した日本人研究者と、坂口先生に至るまでの免疫学の発展史を整理しました。技術と歴史の両面から、次回の坂口先生の研究への土台が見えてきます。
- GFP、質量分析、不斉合成という化学賞の技術が、いずれも医学・バイオ研究の基盤になっている。
- 下村脩・田中耕一・野依良治の研究には、可視化・分析・安全な薬づくりという共通の意義がある。
- 免疫学は、防御機能の解明から自己と非自己の区別へと問いを深めてきた。
- 自己寛容だけでは自己免疫疾患を説明できないという壁が、坂口先生の研究につながっていく。