バイオを使って藻類のCO2吸収力を増大させれば 地球温暖化問題の有効な解決手段になります。

五感に代わるバイオセンサー

東京大学先端科学技術研究センター教授

軽部 征夫 氏

かるべ いさお

1942年東京生まれ。東京水産大学卒業。72年に東京工業大学大学院博士課程を修了後、74年までイリノイ大学に留学。同年東京工業大学助手、80年に同大学資源科学研究所助教授を経て、85年同教授となる。88年東京大学先端科学技術センター教授となり、現在に至る。日本化学会学術賞、市村学術貢献賞等を受賞。バイオセンサーの分野における世界的権威者である。工学博士。
著書に「バイオセンサー」、「地球にやさしいバイオ」、「バイオエレクトロニクスの未来」、「ここまでわかればオモシロイ　バイオの話」他多数ある。最新書「絵でわかるバイオテクノロジー」（1992年発行、日本実業出版社）は、バイオテクノロジーの基礎となる技術はもちろん、エレクトロニクス、メカトロニクスからバイオによってもたらされる未来社会までを、豊富な絵と図解で解説しているバイオの入門書である。

1993年3月号掲載

ワインの失敗からバイオの研究が始まった

──先生のご専門の「バイオテクノロジー」という分野は、現代科学の最先端で、一見、われわれの生活からは程遠いような感じがしますが、実際はとても身近なもんなんだそうですね。

軽部　そうです。身の回りにいくらでもあります。

バイオテクノロジーというのは、生物の機能をいろいろな産業に応用させていこうという分野なんですが、そういう最先端の研究以前に、われわれ人間は大昔から、知らず知らずのうちに「バイオ」を生活の中で使ってきているんです。

代表的な例としては「発酵」があります。これはもう誰でもご存じだと思いますが、例えば日本では味噌、しょう油、ヨーロッパではワイン、チーズ、ヨーグルト等々がバイオを利用した食品です。ビールに至ってはメソポタミア時代までさかのぼることができます。

──でも、大昔の人は「バイオ」なんてことは全く知らなかったわけですね。ある時偶然にできたものを、不思議なものだと思いながらも、作り続けてきたんでしょうね。

軽部　そうなんです。ワインはブドウをつぶして置いておけば酒になる。理屈なんかはわからないけど、ただそうするとできるんだと思っていたわけです。

──いつ頃気がついたんですか。

軽部　ワインが時おり酸になってしまい、大失敗をしてしまう。それがなぜなのかというような問題が、1800年代にフランスの科学者ルイ・パスツールに持ち込まれた。彼は研究の結果、微生物というものがワインを作っていて、別のもの、すなわち乳酸菌が入ってくると、それが酸敗して酸になってしまうことを発見したんです。要するに、微生物が「発酵」を起こしているということがわかったわけです。それが1861年です。

──なるほど。そこから積極的に活用されるようになったんですね。

軽部　ええ。そしてに微生物を研究していく中で、遺伝子とは何かという研究も行われるようになり、1953年、ワトソンとクリックによってＤＮＡの構造のモデルが示されました。化学物質の2本の紐がらせん状になっている、あの有名なモデルです。

すなわち、遺伝子の本体はＤＮＡであるということがわかってきて、遺伝とはどんなものか、遺伝子の役割とは何かということもわかってきた。

そして次には遺伝子を切ったり貼ったりして、必要な遺伝情報を組み込んだりすることができるようになった。また、それを切るはさみの役割をするもの、つなげる糊に相当するもの、すなわち「酵素」が存在するということもわかったわけです。これが70年代で、この頃バイオの第1次ブームが起こった。日本でも300社ほどの企業がバイオテクノロジーに参入しました。

──やはり医薬品が中心ですか。

軽部　ええ。第1次ブームは医薬品だけですね。そして今、日本はある意味で第2次ブームといえます。環境バイオテクノロジーであったり、エレクトロニクスであったりと、非常に広範なものになってきています。

第3次ブームというのは、おそらくまた医薬品が中心で、アメリカから押し寄せてくると思います。アメリカはすでに第3次ブームに入っていますけどね。

第4次ブームくらいになると、農業などに本当の意味でバイオが活用されるようになると思います。

──なるほど。第1次産業が第2次産業化されていくわけですね。

人間の五感を代替するセンサーも開発中

──ところで、先生はこの第1次、第2次ブームの中で主にどんなご研究をされてきたんですか。

軽部　私の分野は「バイオエレクトロニクス」といいまして、要するに生物の機能をエレクトロニクスに応用できないかということを研究しています。例えば、われわれが持っている「五感」（視覚、聴覚、触覚、臭覚、味覚）のうち視覚、聴覚、触覚というのは、光、音、圧力という物理的な情報ですから機械で代替ができる。テレビカメラ、マイクロホン、それにキーボードなどに使われている圧力センサーがそれですね。しかし、臭覚と味覚に関してはさまざまな化学物質が混じり合った情報であるため、そう簡単にはいかない。代替がないんですよ。しかし人間にとっては食べる、嗅ぐというのは一番大事な感覚なんです。

──確かにそうですね。腐っているとか痛んでいる、あるいは塩辛いとか苦い、甘いなど、ちょっと臭いを嗅いだり、口に入れたりしただけでわかりますものね。本当にすごい機能です。

軽部　それで今から20年以上前に五感に相当するバイオセンサーを生態物質で作れないかという研究を始めました。

──もう活用されていますか。

軽部　味センサー、臭いセンサーは家庭での実用化に向け研究・開発が進んでいますが、現在このバイオセンサーが活躍している身近な例はやはり医療ですね。例えば健康診断で血液を採取しますね。血液というのは4分間で体中を回っているわけですから、血液中にある化学物質や酵素を調べると各臓器がどのように働いているか、どこが悪いか、全部わかります。われわれが開発したバイオセンサーを血液と接触させてやると、出た信号でその状態がわかるというわけです。

──厳密にわかるんですか。

軽部　もちろんです。人間の体内にはそれぞれ全部役割が違う2,000個以上の酵素があり、それぞれが特定の分子を識別する機能を持っています。ですから、ある酵素をエレクトロニクスのデバイス（装置）につけて血液に接触させてやるだけで、たとえ血液中に何千種類という化学物質があろうが、ある一つの物質の濃度に関する結果しか出さない。例えば、グルコースを酸化する酵素をつけてやると、血液中にグルコースがどの位あるかという結果しか出さないので、厳密に測定できるわけです。

紫外線を吸収する珊瑚から新しい化粧品も

──先生の現在のテーマはなんでしょう。

軽部　一つは環境問題です。要するに生物の機能を使って、地球温暖化の大きな問題になっているＣＯ2を取り除こうというもので、今あちこちで実験をしています。中でも藻類の優れたＣＯ2吸収力をバイオテクノロジーでさらに増大させることができないかと考えているんです。通常、空気中のＣＯ2の濃度というのはすごく低いんですけれど、30％とか40％というＣＯ2だらけのところでも平気で生きていける微生物がいっぱい見つかっているんです。

──それは驚きですね。

軽部　本当に不思議です。それも普通のところに生息していた微生物が、そういう環境に適応してしまうんですから。

──ＣＯ2を閉じ込める役目をしてくれるんですか。

軽部　ええ。その上ＣＯ2をたんぱく質に変えてくれるんです。ですから、煙突から出ている煙を持ってきてバイオリアクターに吹き込む。中に藻類をワーッとを入れておけば、どんどんタンパク質に変わっていきます。これを今、通産省の研究プロジェクトと一緒にやっています。

──ＣＯ2からタンパク資源が取れるなんて願ったりかなったりですね。

軽部　もう一つは海洋バイオで、珊瑚の研究をしています。珊瑚というのは不思議だと思いませんか。あんな紫外線の強いトロピカルの海に生息している。人間だったら皮膚癌になってしまいますよ。それなのに死なないで珊瑚礁で島を作っている。生物のつくった島です。

──ホントですね。確かあれは、珊瑚虫と藻類の共生なんですよね。

軽部　ええ。藻類が一生懸命ＣＯ2を採って光合成して、えさを珊瑚虫に与えているわけです。

オーストラリアのダンロップ教授は、藻類の中に紫外線を吸収する化合物があるに違いない、と考え、そして紫外線に強い、紫外線を防ぐ物質を発見したんです。それは新しい化粧品の原料として、今後世界中で使われるようになります。今までのものの何十倍もの効果があります。

──それは大発見ですね。

軽部　さらにもう一つ。藻類は光合成で酸素を大量に放出するわけですね。できたての酸素というのはものすごく殺菌力が強い、毒性が強いわけです。しかし藻類は死なない、平気です。おかしいな、何かそういう酸素に強い化合物があるに違いない、ということで発見されたのが抗酸化剤です。これは生鮮食品などの酸化防止剤として活用できるわけです。

「ミクロの決死圏」も夢ではない

──しかし、何とも広い領域ですね。

軽部　そうです。それでもう次はいよいよロボットです。これは「バイオ・マイクロマシン」といって、以前「ミクロの決死圏」という映画がありましたが、あの映画のように体内に超微小なバイオセンサーを送りこんで病気の検索や治療を行おうというものです。例えばマイクロロボットが体内で癌細胞を見つけると制癌剤を投与したり、レーザー光線で焼き切ったりしてしまう。そういったことを夢見て今やっているところです。

──バイオの研究がこんなに多種多様とは思いませんでした。

軽部　先端技術とはそういうものなんです。学際領域と呼んでいますが、これからはこういう学際領域に強い研究者が必要です。私自身にしても食品科学から始まって高分子化学、電気化学、基礎医学と広い領域を勉強してきました。「博学」でなく「薄学」と言っていますが・・・（笑）。これからは薄学が大事です。

──先端をいく人はレオナルド・ダ・ヴィンチじゃないとだめなんですね。

どうもありがとうございました。