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2006年03月

黄色、オレンジ色、赤色!「蛍の光」もカラフルに? 発光の仕組み解明! 理研

科学大好き!アイラブサイエンス!このブログでは、最新科学の?をなるべくわかりやすくコメントします。


ホタルの発光色がネオンサインのようにカラフルに変わる可能性がある。

発光というと太陽や蛍光灯・電球などによる発光を思い浮かべるが、生物も発光するものが多い。ホタルイカ、ウミホタル、ゲンジホタル、アンコウなど多彩である。いったいどうやって発光するのだろう。

また電灯の発光はエネルギー効率が10%〜20%なのだが、生物発光は90%にもなるという。新しい可能性を秘めたエネルギーでもある。今日は生物発光ゲンジボタルの話題です。

 

ゲンジボタル 発光の仕組みを解明 理研チーム

ゲンジボダルの発光現象の仕組みを応用した再現実験。ルシフェラーゼの働き方を変えることで、色を黄緑色(左)にも、だいだい色(右)にも変えられる。ゲンジボタルが光を放つ仕組みを理化学研究所などのチームが解明し、16日発行の英科学誌「ネイチャー」に発表した。

発光物質や反応をつかさどる酵素は知られているが、どのように反応するかを初めて突き止めた。  ホタル、クラゲ、ホタルイカなどの発光生物は「ルシフェリン」という発光物質を体内に持つ。これまでの研究で、ルシフェリンに「ルシフェラーゼ」という酵素が加わって反応が起き、発光することが分かっている。  

京都大薬学研究科の中津亨・助教授(理化学研究所連携研究員)らは、瞬時に進むこの発光反応を▽反応前▽発光直前▽発光後に分けて分析を試みた。発光反応を3段階で再現。兵庫県の大型放射光施設「スプリング8」で調べた。  

その結果、ルシフェラーゼは反応の瞬間、発光物質を強く握り締めるように取り囲むことが分かった。この「握り方」が強いとゲンジボタルのような黄緑色となり、弱めると光は黄緑色からだいだい色、そして赤色へと変化した。ルシフェラーゼの働きを変えることでさまざまな色の「蛍の光」を人工的に作った。  

黄緑色の光は波長が短く、エネルギーは高い。赤はその反対だ。チームは「握り方が弱いと分子が振動してエネルギーが逃げ、波長の長い赤色光になるのだろう」と説明している。  

ホタルは、反応で生まれたエネルギーの9割を光として使い、電灯(1〜2割)に比べて格段に効率的だ。こうした仕組みの解明をさらに進めることで、人工光の発光効率を高める手がかりが得られそうだ。また、現在、がん細胞を発光物質で光らせ、転移を画像診断する研究が動物実験で進んでいるが、発光の強さや長さを改良することも可能だという。【元村有希子】 毎日新聞 2006年3月16日 3時00分

 

ゲンジボタルとは何か?

ホタルは、古くから初夏の風物詩として親しまれているが、なかでもゲンジボタルが一番大きく光も明るい。体長は12〜18mm。ホタルの光はメスとめぐり合うための合図で、お互いに相手をまちがえないように、種によって光の色がちがっているだけでなく、光が点滅するパターンもちがっている。


点滅の間隔は同じゲンジボタルでもちがっていて、東日本では4秒に1回、西日本では2秒に1回、東西の境界あたりでは3秒に1回光ることが知られている。また、それぞれがばらばらに光るのではなく、いっせいに同調して光るが、ゲンジボタルの名所では何千何万というホタルが川面に群がり、光の塊となって空中を飛び廻る光景が見られる。飛んで発光するのはオスで、メスは地上からそれにこたえるように発光する。

最近は、とくに都市近郊でゲンジボタルがすっかり減ってしまったが、それは、幼虫のすむ清流がよごれてきたり水辺の環境が大きく変わってしまったことが原因のようだ。

メスは川岸の苔(こけ)などに500個あまりの卵を産みつける。約一カ月後、ふ化した幼虫は水中に入ってカワニナという巻き貝を食べて育つ。翌春、大きくなった幼虫はふたたび川岸にはい上がり、土の中にもぐってサナギになる。成虫の寿命は約2週間、その間わずかに水分をとるだけで何も食べない。  

 

生物発光とは何か?

生物発光はルシフェリン-ルシフェラーゼ反応として知られている酵素反応に基づいたある特定の発光代謝機構や発光器官を有する一部の生物種にみられる発光。またエクオリンなどの酵素-基質複合体に似た発光タンパク質による生物発光も存在する。
ルシフェリン-ルシフェラーゼ反応
による発光にはホタルやウミシイタケ、発光微生物などが、発光タンパク質による発光にはオワンクラゲ、発光オキアミなど、自然界には様々な生物発光を行う生物が存在する。

 

ルシフェリン-ルシフェラーゼ反応とは何か?

ルシフェリンはATPをAMPとリン酸に分けるとAMPをカルボキシル基に結合する。次に酸素でこのAMPを切り離し、二酸化炭素と水を作る。ルシフェリンにはカルボキシル基に変わりカルボニル基が残される。このカルボニル基の酸素原子は励起状態にあり、基底状態に戻るときにエネルギーの差が可視光として放出される。この反応はルシフェラーゼを酵素として引き起こされる。 

 

励起状態とは何か?

物質はすべて陽子や電子、中性子からできている。電子は陽子のまわりの決まった軌道を回っている。ところが外から、光、熱、電場、磁場などや分子、イオンの入射、衝突などによって、電子がエネルギーを得て、いつもより外側の軌道を回ることがある。これを励起状態という。

励起状態にある電子はもとの軌道にもどる(基底状態に戻る)とき、エネルギーを放出し、これが光になる。

例えば水素原子のスペクトルでは内側の第一の軌道に電子が1個だけ存在している時が基底状態で、その他の軌道にいるときが励起状態です。 

 

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「親知らず」の「子」が立派な骨や肝臓に! 再生医療最前線

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再生医療 親知らずから肝臓や神経に 産技総研など成功

抜歯したヒトの親知らずから採取した細胞を培養し、骨、肝臓、神経に分化させることに産業技術総合研究所(茨城県つくば市)と大阪大が成功した。ラットの実験では体内で骨や肝臓を再生できることも確かめ、再生医療の材料として数年後には実用化したいとしている。岡山市で開かれる第5回再生医療学会で8日発表する。

同研究所組織・再生工学研究グループの池田悦子研究員らは、10〜16歳の数人から歯の矯正のため、生える前に抜き取られた親知らず(歯胚(しはい))の提供を受けた。研究グループは通常捨てられている歯胚を特殊な酵素で処理し、いろいろな細胞に分化できる幹細胞を取り出すことに成功。これを培養して、試験管内で骨細胞、肝細胞、神経細胞に成長させた。

さらに、この幹細胞を穴のたくさん開いたセラミック製の人工骨に注入し、ラットに移植すると新しい骨ができた。また、肝障害を起こしたラットの肝臓に通じる血管に注入したところ、幹細胞が肝臓に生着して肝細胞に分化。3週間で肝障害が治った。注入した幹細胞数は1回当たり50万〜5000万個だったという。

同研究グループの大串始(おおぐしはじめ)グループ長は「受精卵を壊してしまう胚性幹細胞(ES細胞)などに比べ、簡単に採取できる。廃棄されてしまう親知らずを凍結保存しておき、病気になったときに培養して移植すれば拒絶反応がない。これまでの移植医療の課題が解決でき、広範な再生医療に利用できる」と話している。【和泉清充】(毎日新聞 2006年3月7日)

 

また1つ新しい発見が...科学ってすばらしいですね!ソウル大学の黄教授のねつ造問題に比べれば、これこそ「ノーベル賞候補」じゃないのかなあ?

今日は再生医療、幹細胞について学びました。 

 

再生医療とは何だろう?

再生医療とは患者自身の細胞を用いて、生体のもつ再生能力を積極的に利用し、機能障害・機能欠損に陥った組織、臓器の再生を図るものです

具体的には患者自身の組織幹細胞を少量採取し、それを特殊な細胞培養皿で培養し組織を作り、患者さんに再度移植するというものです。

自分の細胞を用いる為に、移植後の拒絶反応が全くないというメリットがあります。

 

幹細胞とは何だろう?

植物の1本の幹からはたくさんの枝や葉が茂る。そういうイメージの細胞です。いろいろな別の細胞に変化できる細胞です

幹細胞は、ある細胞に変化するようにという指示を受けると特定の細胞に変身する能力を持っています。また、変化を遂げる前の未分化の細胞の状態で長期間にわたって自らを複製、再生する能力も備えています(下図)。

幹細胞のしくみ 

 

幹細胞に種類はあるの?

3種類あります。胚からは胚性幹細胞(ES細胞)、成人からは成体幹細胞、胎児からは胚生殖細胞を採り出すことができます。

胚性幹細胞(ES細胞)は、受精卵が分化して胎児に発展するまでの状態である胚の初期段階から採り出されるもので、身体のどのような細胞にも成長できる性質を持っているため多能性幹細胞とも呼ばれています。

成体幹細胞は体の中にすでにかたちづくられた組織の中から採り出される分化する前の状態の細胞をいいます。組織内には、その組織における特定の働きを担う、すでに分化を終えた細胞が多数存在しているのですが、中にはそうした特定の働きを持つ細胞へと分化する前の未分化細胞、すなわち幹細胞が混じって存在しています。

胚生殖細胞は胎児組織、特に受胎後5〜10週間の胎児の生殖突起(生殖器になる部分)中に存在する原始生殖細胞から分離されます。生殖突起は成長して睾丸または卵巣に変化し、原始生殖細胞は卵子または精子を作ります。胚性幹細胞と胚生殖細胞はともに多能性であるが、その特質や性質は同じではありません。  

 

親知らずから取れる幹細胞の何がすごいの?

今まで幹細胞(成体幹細胞)というと骨髄からとっていました。骨髄から取るのでかなり苦痛を伴いました。それが普通、抜いて捨てる歯、親知らずの歯髄から取れるので患者の負担が減ります。非常に楽になりました。

 

最近の幹細胞の話題

ソウル大学の黄教授の研究(ES細胞を皮膚細胞から作る技術)がねつ造だったという問題がありました。

 

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