☆ 分子僕徒ら❗ ;
☆ 日本医学 ; 和方 ❗ ;
三石分子栄養学➕藤川院長系; 代謝医学❗ ;
☆ 「 分子ロボット 」 開発成功記❗ ;
世界最小ロボットが、医療を変革する
2020/ 1/4 現代ビジネス ;
労僕徒 ロボット 、 といえば、
人間が乗って操縦するもの？ 、
ラジコンのように、 遠くからでも、
操縦できるもの？ 、 それとも、
最近に、 お店でよく見かける、
人型の、 人工知能 （ ＡＩ ）
ロボットのようなもの？ 。
これらは、 比ぶるに、大きな機械だが、
もっと小さな、たとえば、 体の中で、
活躍して、 難しい病への治療ができる、
ような、 「 分子僕徒 」、 をつくる、
研究も、進められている。
北海道大学は、大学院の理学研究院の、
角五彰（ かくご あきら ）准教授は、
これまでのような、 機械による、
僕徒ではなく、
「 化学的な部品 （ 分子 」を組み立てた、
「 分子僕徒 」、 をつくり、
生体内で、 任務することを目指して、
研究を続けている。
そして、 研究の結果にて、
世界最小の分子僕徒をつくることに成功した。
（ サイエンスライター 大谷有史氏 ） 。
分子僕徒の動力源は、「 ＡＴＰ 」 ;
僕徒を動かすためには、
３つの要素ら、が、必要とされている。
僕徒の動力となる、 「 駆動系 」、
命令を与える、 「 知能・制御系 」、
そして、 命令のオンとオフを切り替える、
「 詮者 センサ ; センサー 」 、だ。
分子ロボットの構造。
キネシンと微小管が、
「 駆動系 」、
◇◆ 『 ＤＮＡ 』 ;
≒ 【 タンパク質、な、 遺伝子、
の、 本体である、
『 デオキシリボ 核酸 』 】 ;
、
は、 動きを制御する、
「 知能・制御系 」、
光を当てると、 形が変わる分子は、
「 センサー 」、 となって、
命令を切り替える ;
角五さんらがつくった、 小さな、
分子僕徒を動かす、 「 駆動系 」として
、 働く部品は、
私たちの体の中で物質を運ぶ役割をもつ、
「 キネシン 」、 と、
キネシンが移動するときの足場となる、
「 微小管 」、 という組み合わせの、
『 タンパク質 』、に注目して作られた。
キネシンは、 「 動く 」、
性質をもっており、
「 モーター・タンパク質 」、 とも、
呼ばれている❗ 。
この研究で、
設汰 モータ ・タンパク質、が、
注目された理由は、
エネルギー源にある。
設汰タンパク質は、
◇◆ 『 ＡＴＰ 』 ;
【 アデノシン ３ 燐酸 リンサン 】 ;
【 炭素 Ｃ10 ➕ 水素 Ｈ16
➕ 窒素 Ｎ5 ➕ 酸素 Ｏ13
➕ 燐 リン Ｐ3 】 ;
【 Ｃ１０ Ｈ１６ Ｎ５ Ｏ１３ Ｐ３ 】 ;
【 エネルギー、らを、 放つ、
もとな、 分子であり、
燐酸 ; Ｈ３ＰＯ４ ; を、
自らへの構成因として、成る、
ＡＴＰ 】 ;
、 という、 物質を、
エネルギー源としている。
ＡＴＰ 、は、 生物での、
エネルギーへの源でもあるために、
私たちの体の中に豊富に存在している。
生体内にある物質を、
エネルギー源にするのだから、
生体内で、 病への治療などの、
任務を行うことを考えたときに、
エネルギーへの供給の、
心配をしなくても、よい。
これは、 大きな利点だ。
初めてつくった、 「 ＡＴＰ 、を、
エネルギー源とする分子僕徒 」、が、
動き回る動画を見て、
「 僕にとっては、
最高の癒し系動画です 」、と、
角五さんは、笑う。
だが、ここに行きつくまでには、
「 学生時代にかじっただけ 」、 という、
バイオテクノロジーに関する、論文や、
参考書を読みあさりながら、
多くの試行錯誤を重ねたのだ、 という。
専門外の知識も学びながら、
実験を繰り返した日々は、
苦労の連続だったかもしれないが、
その成果は、 着実に形になってきた。
「 ＤＮＡ 」 、 を用いた指揮系統 ;
設汰タンパク質に対して、
「 どのように動くか 」、 という、
指令を伝える、「 知能・制御系 」、には、
ＤＮＡ 、が使われた。
瀕知 ; ヒント 、 は、
ある講演会での、 現・関西大学は、
化学生命工学部の、 葛谷明紀（ くずや
あきのり ） 教授の講演にあった、
という。
葛谷教授は、 ＤＮＡ 、な、
そのものを合成したり、
ＤＮＡ 、の振る舞いを制御したりする、
研究をしている。
ＤＮＡ 、は、 生体内で、
遺伝情報の保存と伝達を担う物質だ。
アデニン、グアニン、シトシン、チミン 、
という、 ４種類の、 塩基 、と呼ばれる、
分子が、 沢山が、つながった鎖が、
２本、 で、 １揃 ソロ ;
１セット ; 、 となっている。
この、２本は、 それぞれ、が、
「 螺旋 らせん 」、 を描きながら、
片方の鎖の一部な、 アデニン、が、
もう一方の鎖の一部な、 グアニン 、 と、
結合し、
同じように、 シトシン 、が、
チミン 、 と結合した、
「 二重らせん構造 」、で、存在している。
それぞれの塩基について、
結合する相手の塩基が、 決まっている、
がために、
２本で１揃 、 の構造が、ほどけて、
１本ずつ、で、 ばらばらになった時に、
１本鎖の、 ＤＮＡ 、は、
自分とペアの関係にある分子、な、
塩基 、 を認識する能力をもっている。
角五さんらは、 その能力を、
巧みに利用することで、
ＤＮＡ 、を用いて、
設汰タンパク質 、に、 命令を伝えて、
あり得る、 動きを制御する、
ことができるようになった、 という。
動くようになると、次の課題が出てきた。
「 この設汰タンパク質に、 どのような、
プログラムを書き込めば、いいのか 」、
という、 課題だ。
角五さんは、 こう思った、 という。
「 たった、 数マイクロ・メートル
にすぎない、 設汰タンパク質、 の、
１つでできた、 分子僕徒が、
できることは、 何だろう。
１つだけなんて、 非力すぎないだろうか 」。
髪の毛の太さが、 大体で、
５０ 〜 百 マイクロ・メートル、
赤血球の直径が、
７・５ マイクロ・メートル 、 である、
ことを考えると、 たしかに、
設汰タンパク質、の、 １つからできた、
分子僕徒は、 とても頼りなく思える。
そんな時に、 ふと、昔から大好きだった、
自然界に目を向けた。
鳥は、 美しく整った群れをつくる事で、
はるか遠くの越冬地まで、 飛んでいく。
アリも、力を合わせて、
自分たちよりも、大きなものを、
運んでいくではないか。
「 それならば、 1つでは、小さすぎる、
分子僕徒も、 群れることで、何か、
大きな事ができる様になるのでは 」 。
そう考えた角五さんは、 さっそく、
「 群れをつくる・解散する 」、 という、
命令をもつ、 ＤＮＡ 、を与えて、
動きを制御することにした。
この挑戦は、 成功し、その後の、
研究によって、 分子僕徒は、 もっと、
複雑な命令にも応じることが、
できるようになった、 という。
たとえば、 群れをつくって、
円を描くように、 ぐるぐると、
回ることだってできるし、 それと同時に、
辺りを探索する、 別の群れをつくる、
こともできる。
さらに、アリのように、 群れで、
大きな物質を運ぶこともできるのだ。
◇ 命令への推致 スイチ ;
スイッチ ; 、は、 「 光 」❗❓ ;
最後の課題は、 その命令を制御する為の、
「 詮者 センサー 」 、 だ。
ここでも、 人との出会いによって、
瀕知が、もたらされた。
現・名古屋大学生命分子工学専攻の、
浅沼浩之 （ あさぬま ひろゆき ） 教授、
との、 研究会での出会いだ。
浅沼教授は、 光に反応して、
構造が変わる、 分子を使って、
ＤＮＡ 、の、 二重らせん、への、 形成と、
解除を制御する、 など、
光を使って、 分子の動きを制御する、
研究をしている。
その研究が、瀕知になった、と角五さん。
「 制御系 」、の、 応と封 ;
オンとオフ ; 、 を切り替えるために、
光を当てることで、 構造が変わる、
分子を、 ＤＮＡ 、に組み込む、
ことを考えたのだ。
光を当てることにより、
組み込んだ分子の形が、変わる❗ 。
この分子の形の変化によって、
２本鎖の、 ＤＮＡ 、が、 解けたり、
元どおりに、 くっついたりする、
ことを利用して、 命令の推致を、
切り替えようとしたのだ。
そして、人 間の目に見える、
可視光を当てると、 集合し、
人間の目に見えない、
紫外光を当てると、 群れが解散する、
分子僕徒らをつくることに成功した。
◇ 「 ＤＮＡ オリガミ 」、が、
分子の大きさを変える❗ ;
分子僕徒らは、 群れをなすことで、
大きな事らが、できるようになったが、
余りにも、小さい所が、 弱点だった。
「 せっかく、 ここまで、
うまくいったのだから、 同じ素材を使って、
もう少し、 構造的にも、 駆動的にも、
大きなものが、 作れないだろうか 」 。
これを課題にして、角五さんは、
関西大学化学生命工学部の葛谷明紀教授、
東京工業大学情報理工学院情報工学系の、
小長谷明彦 （ こながや あきひこ ）
教授らとともに、 研究を進めてきた。
この研究で、 角五さんらが、
目をつけたのが、 「 ＤＮＡ オリガミ 」、
という、 構造体だ。
折り紙 、 というと、 １枚の紙を折って、
鶴をつくったり、 折り紙を組み合わせて、
手裏剣をつくったりする様が、思い浮かぶ。
ＤＮＡ オリガミも、 似たようなもので、
長い１本鎖の、 ＤＮＡ 、を折りたたみ、
短い、ＤＮＡ 、らを組み合わせて、
構造を固定することで、 より大きな、
構造体をつくるのだ。
実験で、 ＤＮＡ オリガミ 、な、
構造体と、 設汰タンパク質が、
移動するための足場となる、 微小管に、
ＤＮＡ オリガミ 、 な、 構造体と、
対になる、 ＤＮＡ 、をつけた、
分子を加えた。
すると、 微小管らが、放射状に集まって、
星のように見える構造となった。
そこに、 ４つの設汰タンパク質 ;
（ キネシン ）、らを、 １つにまとめた、
分子を加えると、
星のような構造体が集まり、 それまで、
マイクロ・メートル・乍図 サズ ;
サイズ ; 、 の大きさだった、
網目な構造が、 一気に、
ミリ・メートル・乍図の、
網目な構造にまで、大きくなった❗ 。
さらに、 エネルギーの源である、
ＡＴＰ 、を加えた。
すると、 この構造体は、 急激に、
元の大きさの、４０分の１ 、に収縮した❗。
この収縮な運動は、
人の内臓の筋肉、での、と同じく、
平滑筋と呼ばれる、 筋肉、での、と、
同じような動きなので、
この駆動系は、 まさに、
「 人工分子筋肉 」、 といって、
よいだろう。
ＤＮＡ オリガミ 、な、 構造体と、
ＤＮＡ 、をつけた、微小管 、 とを混合し、
キネシン 、を、 ４量化した ;
（ ４つまとめた ） 、 ものを加えると、
ミリ・メートル規模の、
網目な構造が、できる。
ここに、 ＡＴＰ 、を加えると、
それぞれの放射状の構造 ;
（ アスター構造、 という ） 、 が、
キネシン 、 へ引き寄せられて、収縮する ;
（ スケールバーは、
５百 マイクロ・メートル 。
この、 「 人工分子筋肉 」、 の収縮は、
ＤＮＡ オリガミ 、な、 構造体がなくても、
観測される。
しかし、 ＤＮＡ オリガミ 、な、
構造体がある方が、
１８倍も、早く❗、 収縮する、 という。
ＤＮＡ オリガミ 、 の存在は、
分子械員 カイン ; マシン ; 、の、
駆動系の収縮での速度に関わるだけでなく、
色々な構造らを作るためにも、
もっと、複雑な動きを実現するためにも、
欠かせない存在だ。
そのため、分子マシンの今後の発展に、
大きく関わってくるだろう。
◇ 一致団結し、未来を拓く❗ ;
今回に、 角五准教授らが研究してきた、
分子僕徒や、 人工分子筋肉は、
生体内にある物質を使って、
つくられている、 が、 ために、
生体に、よく適合する必要がある、
医療用の、 分子僕徒としての、
応用が、期待される❗ 。
そう遠くない未来に、 小さな僕徒らが、
私たちの命を救う日がくるはずだ。
角五さんが、分子僕徒についての、
触前 フレゼン ; プレゼンテーション ;
、で、 こう語っていたのが、
強く印象に残っている。
「 分子僕徒は、 １つだけでは、
できることが限られています。
でも、 １個体では、 できなかったことも、
分子僕徒が群れることによって、
できるようになります。
将来には、 もっと、 色々な、機能や、
構造を持った分子僕徒が、開発され、
集団になれば、 無限の力が発揮できる、
かもしれません。 私自身についても、
同じで、 １人では、 できることが、
限られています。
これらな、研究らも、
沢山の研究者たちに助けられて、
初めて、できたことです❗ 」 。
「 われわれな人類が直面する課題を、
少しでも、いいから、解決したい。
力を合わせれば、可能性は、無限大です 」。
沢山の研究者らが、協力しあって、
無限大の可能性を持つ、 小さな僕徒、が、
研究されている。
今後に、どのように発展して、
私たちの生活に関わってくるのか、
とても楽しみだ。
「サイエンスポータル」過去の関連記事：
・2019年8月1日サイエンスクリップ
「今、名古屋で『分子』がアツい❗
美しさに宿る可能性、次々に開花」
・2018年11月1日サイエンスクリップ
「「狙った特徴をもつ分子をAIが設計
その機能検証に成功❗」 。
☆ 三石分子栄養学➕藤川院長系❗ ;
発達が心配な、５歳児に変化が❗ ;
・・続けては、 ブログ ;
『 夜桜や 夢に紛れて 降る、寝酒 』
、で❗ 。