Home
未培养微生物を培养する手法の开発、未知増殖制御メカニズムについての研究
微生物学の大きな谜【难培养】に迫る
微生物とは目に见えないほど小さな生物のことです。生物学的には地球上で最も种类数の多い生物は微生物であり、土壌はもちろん人间の体の中などあらゆるところに存在しています。そして、例えば人间の生活においては食品の発酵や下水などの排水の処理、薬となる化合物を生产したりと多くの重要な役割を担っています。しかし、99％以上の微生物は未だ培养することができず、未解明?未利用のまま残されているのです。私の研究目的は、そんな难培养微生物を培养するための新しい手法を开発し、増殖メカニズムの解明を通して「なぜ培养できないのか」という微生物学上の
大きな謎に迫ることです。まだ解明されていない99%以上の微生物を意図的に活用できるようになれば、その恩恵は計り知れません。また、人間の体には自分自身の細胞よりもはるかに多くの微生物がいるということを考えれば人体そのものを知ることにも繋がるはずです。 ところで皆さんは、スタンダードな培養方法を知っているでしょうか。どこかで見たことがあるかもしれませんが「寒天平板培養法」と言って、シャーレと呼ばれる円形の皿に栄養成分を混ぜた寒天で培地を作り、そこに微生物がいるであろうサンプルを塗布、1つの微生物細胞が増殖するとその場でコロニーという目に見える集まりになり、それを採取することで1種類ごとに微生物を分離するというやり方です。しかしその方法では地球上に存在するたった1%の微生物しか培養できません。そこで難培養微生物が培養可能になる条件を仮説立て、実験を繰り返して開発したのが「Gel Micro-Droplet（GMD）凝集培養法」です。
想定通りにいかない実験の中で気づいた新たな発见
骋惭顿凝集培养法は多数のゲル微粒子(直径30μ尘程度)に微生物细胞を1细胞ずつ闭じ込め、油の中でゲルの微粒子同士が集まった状态を意図的に作り出して培养する手法です。この手法に行き着く前に私が立てた仮説は、ピコリットル(1兆分の1リットル)という极小の容器の中に微生物を1细胞闭じ込めることができれば、自分自身が出す何かしらの化合物の浓度が高くなるため、それに反応をして増殖を开始するのではないかと考えたものでした。そのコンセプトに従うなら、ゲルの粒同士は油の中で分散されていて、くっついていてはいけなかったのですが、実験の途中で学生から凝集していると报告があり、その时は失败したと残念に思いました。もしゲル同士が寄り集まったことで微生物がゲルからゲルへ移动していたら、1种の微生物によって行われるべき纯粋培养にならないためです。
Gel Micro-Droplet作成装置
しかし途中段阶でのデータは非常によく、多くの微生物が増殖したという结果が出ていました。
そこで、念のため微生物がゲル间を移动しているか确かめる実験を行ったのですが、全く移动していなかったのです。では最初の仮説通りゲル同士が完全に分离した状态ではどうだろうと改めて実験し直し、そこでは増殖を确认することができませんでした。これを受けて、ゲルが凝集した际に异なる微生物间で、共生や増殖の开始を诱导するようななんらかの物质を介した相互作用が起きたから増殖したのではという结论に至りました。&苍产蝉辫;
寒天平板培养法など従来の培养法では1％程度の微生物しかコロニーを形成しないと述べましたが、この方法では植菌した微生物の内実に半分程度は増殖してコロニーを形成することが判明しています。また、私たちはこの骋惭顿凝集培养法を用いて様々な种类の难培养微生物の培养に成功しています。その中にはほとんど培养できないことが知られている微生物も多く、それらは难培养微生物がなぜ培养できないのかという谜を解明するための、モデルになると考えています。つまり微生物间の共生関係や相互作用が难培养微生物の増殖に必要であるという仮説を基に研究を进めています。
微生物细胞の蛍光顕微镜画像
知の领域の境界に立って、自分の足を未知领域に踏み出してみませんか。
さらに、この方法で培养した难培养微生物から新しい薬を作る微生物などの有用微生物を効率的に探索する画期的なスクリーニング方法の开発など、応用的な研究にも取り组んでいます。现代の微生物学は、前述したように培养可能な1%の微生物によって确立された学问です。私が学生のころから、培养せずに微生物の遗伝子配列を解析する技术が进展し、最近では、それらを用いることで、培养されていない微生物の世界が比较的正确にとらえられるようになりました。私自身も広大な未知の领域に踏み込んで研究することにわくわくしましたが、残りの99%の微生物を培养しないと人间は微生物のことを本当の意味で理解したことにはならないだろうと当时から感じていました。博士号の学位を取得后、しばらくは研究の世界で顽张ってみようと决心した后は、あえてチャレンジングなことをしようと现在のテーマで研究を始め、新しい手法による微生物培养が少しずつできるようになり、最近ようやく培养した微生物の活用まで具体的に考えられるようになってきたところです。研究では実験の结果や観察データなど、自分たちしか知らない情报や、自由な発想に基づく新しい着眼点?アイデアなどを基にして、そこに最先端の知见を组み合わせるボトムアップ的アプローチを心がけることで、常に新しくオリジナリティあるものを目指しています。
私は、学生さんに対して讲义など折に触れて、学问や研究の社会的意义についてリンゴの木に例えて説明しています。リンゴの実は谁が见ても価値があるもので、多くの人は一つの実を太らせ収穫することに目が行きがちです。リンゴの実を一つ実らせるような研究ももちろん大事です。しかし、そのリンゴの実は细い枝の先に実り、细い枝は太い枝から派生し、太い枝は干から生えています。私は、将来その先に数多くのリンゴの実がなるような太い枝を干から直接育てるような研究をしたいと考えていま
す。そして、太い枝を育てれば多くのリンゴの実が実际に実るということも自分の研究で実証したいとも考えています。科学の研究というのは人类の知の领域を広げる行為とも言えます。そして人类が抱えている未解决课题(例えば、决定的な治疗法のない病気など)は知の领域の外侧、すなわち未知领域に答えが存在しています。ですから、知の领域を広げる行為は人类にとって普遍的な価値があるものだと言えます。皆さんは、これまで、そして大学の学部における勉强を通じて、実は未知领域との境界に少しずつ近づいていきます。大学院に入ると最先端の论文を読むようになります。そのようにして人类の知の领域の境界に到达するとそこから自分で一歩踏み出したくなり、その楽しさ、奥深さを何度でも味わいたくなるはずです。研究室では、できるだけ多くの学生さんに知の领域の境界に立ってもらい、自分の进みたい方向に自分の足を1歩そして2歩と未知领域に踏み出してもらいます。ここはそんな刺激的な体験ができる研究室ですので、兴味のある方はぜひ未知に挑戦するメンバーの一人として私たちと一绪に研究をしましょう。
YOSHITERU AOI
2003年3月 早稲田大学 大学院理工学研究科 応用化学専攻 博士後期課程修了 博士（工学）
2003年4月 早稲田大学 日本学術振興会特別研究員
2004年4月 早稲田大学 客員研究 助手
2007年3月 早稲田大学 早稲田高等研究所 助教
2010年4月 Northeastern University, Visiting Scholar（日本学術振興会海外特別研究員）
2012年4月 Northeastern University, Visiting Scholar
2012年4月 広島大学 サステナブル?ディベロップメント実践研究センター 講師
2017年4月 広島大学 大学院先端物質科学研究科 准教授
2019年4月 広島大学 大学院統合生命科学研究科 准教授
