生物学の最近のブログ記事

読売新聞の科学欄に、生命誕生の地の話があったので、簡単にメモしてみる。

まず、生命の誕生には、3つの要素が必要だったとされる。1つ目は、生命の設計図を子孫に伝える、DNAや、RNAのような遺伝物質。2つ目は、生命にエネルギーを与える代謝の仕組み。3つ目は、生命の材料を包む膜である。ただ、これのどれを重視するか、意見は分かれる。

大西洋海面地下約700メートルの「ロストシティ」では、林立する炭酸塩の柱がアルカリ成分に富む熱水を噴出する。この熱水が海水と反応して、代謝に似た化学反応を起こす。

NASAの生化学者が、このような噴出孔で、原始的な代謝システムが生まれるモデルを提案した。要するに、海を生命の起源とするものである。このような説によると、液体の水がある衛星にも生命が存在する可能性がある。

ただ、海洋起源説には問題がある。すなわち、DNAやRNAは、塩基がルーツひものように繋がったものであり、たんぱく質も、アミノ酸が繋がったものである。しかし、そのような生体分子のひもの形成には、脱水重合反応が必要で、それは海中では起こりにくい。

カリフォルニア大サンタクルーズ校のデービット・ディーマー教授は、細胞膜の起源を研究しており、歓送と湿潤が交互に訪れる陸上が有利という説である。温泉や間歇泉が干上がったり、満ち足りを繰り返す場所である。例えば、火山地帯が該当する。そこでは、脂質が凝縮して、膜構造をつくりやすい。

RNAワールドを信奉する、合成生物学者のスティーブ・ベナー博士は、花崗岩などに含まれるホウ素が、RNAの材料となるリボースという糖の合成を促す点に着目する。すると、岩石砂漠が適地となる。

一方、水が凍結と解凍を繰り返す寒冷地では、生体分子の長いひもがてきやすいという。有機物と金属イオンを一緒に凍らせて、RNAの合成に成功したという報告があるという。

さらに、以前から、隕石が有機物の原料をもたらしたという説がある。隕石衝突の際のエネルギーによって、クレーターで、たんぱく質のもととなる成分が合成された可能性があるという。

東工大地球生命研究所の丸山茂徳特命教授は、生命誕生の候補地として、天然原子炉と間歇泉が一緒になった場所を考えた。熱水中の有機物がガンマ線を浴びて、RNAやアミノ酸、代謝反応を促す原始酵素に進化するという。

そういえば、ここに、私が学生時代に読み耽った、オパーリンのコアセルベート説が紹介されていないのはなぜであろうか。もはや、古い説で、学界から淘汰されてしまったのだろうか。

ともかく、あまりに多様な説が乱立していて、呆れるばかりだが、様々な条件に応じて、異なる生命の部品が、異なる場所で進化し、あとで合体したという説もあるようで、首尾一貫した説が現れるのは、もしかして生命誕生と同じくらい?長い時間を要するのかもしれない。

いくつかの本で、分子栄養学の初歩を学んで、実践しているのだが、確かな効果を感じることがある。例えば、卵など、必須アミノ酸が豊富な食品を摂ることで、以前は疲れたり、ストレスが溜まったり、舌など口の中をうっかり噛んだときなど、よくなった口内炎に一度もなっていない。すなわち、以前なら、うっかり口の中を噛んだら、口内炎はほとんど必然のコースで、じわじわと広がって、辛いものを食べたりした痛みに少なくとも一週間は耐える覚悟が必要だったのだが、今では、噛んでも、そこから口内の傷が進展せず、むしろ次の日には傷が修復されているのだから、これが必須アミノ酸のせいだとすると、その威力はなかなかである。このアナロジで、もしかして、ある種のガンなどの病気は、ある種のアミノ酸の欠乏で誘発されることもあるかも、と思ったりする。

それで、飼い猫のエサにもアミノ酸多様性を適用することにした。すなわち、うちの猫は、サイエンス・ダイエットのカリカリのエサの上に猫用のカツオ節を振りかけるのを好むのだが、調べてみると、猫用で、カツオ節以外に、マグロ節と、鳥削りがある。それで、それらを購入して、交代で振りかけたり、混ぜたりしたのだが、カツオ節とマグロ節はともかくとして、どうも鳥削りに対する嗜好が芳しくない。海の動物だけでなく陸の動物由来のたんぱく質というか、アミノ酸も摂った方がいいのにな、と猫のために何度も思ったのだが、その気持ちは通じなかった。

そのアミノ酸多様性であるが、以前に福岡伸一さんの「動的平衡2」を読んで、うーん、と唸ったのは、植物が動物になった由来の仮説である。それは、植物が必須アミノ酸の不足を感じたとき、別の場所にある必須アミノ酸の源を求めて、移動性を獲得した、というのだが、果たして生物が、どれほど、体の必須成分のことを真剣に考えているか、私には疑問である。すなわち、飢えてきたら、ともかく糖質やたんぱく質を欲しがるだろうが、その際に、必須のアミノ酸やミネラルまで配慮するとは、どうしても思えない。

寧ろ、人間を含む生物は、アルコールだの、麻薬だの、どうみても体にいいとは思えないものに、容易に幻惑される。

私が卵などの必須アミノ酸が豊富な食品や、納豆などの健康食品を積極的に摂っているのも、健康のためと割り切ってのことで、そこに美食の精神はない。

なので、上記した福岡氏の仮説は、どうもぴんとこないのであるが、進化の長いスパンを考慮に入れたら、そういうことはあり得るのだ、ということなのだろうか。

昨今、ある特定の国がドーピングが盛んで、オリンピックなどの競技から締め出しをくらう、ということが起きているが、ついにここまできたか、と思ったのは、読売新聞科学欄の記事によると、クリスパー・キャス9などの技術で普及してきた遺伝子編集技術を利用して、遺伝子ドーピングが行われる可能性が出てきたのだという。当然に、世界反ドーピング機関(WADA)が、遺伝子ドーピングを禁止リストに加えた。

最近では、がんや難病患者の治療の臨床実験に、ゲノム編集技術が導入されている。日本でも、受精卵の遺伝子操作を除き、今年四月から遺伝子治療の臨床研究が解禁される。

この技術は、遺伝子ドーピングにも転用できる。例えば、遺伝子の変異で筋力が低下する「ディシェンヌ型筋ジストロフィー」の治療のため、動物実験で遺伝子を修復する試みが行われているが、これは人間の筋力向上にも応用できる可能性があるという。例えば、持久力を高めるために、酸素を運ぶ赤血球の機能を高める遺伝子改変が検討されるという。

ただ、そのためには、特定の運動機能を高める遺伝子を見つける必要があり、現段階ではそれは相当に困難であるという。そのためには、スーパーコンピュータなどを駆使する必要があるのかもしれない。それは逆に、もし遺伝子ドーピングが行われても、見つけるのが相当に困難ということを意味する。

そもそも、特定の遺伝子を改変することがなにかのメリットをもたらすことがあるとしても、何かの健康被害をもたらすかどうかは、長い臨床試験に俟つよりない。さらに、現在のゲノム編集技術には、想定と異なる遺伝子を改変してしまう、オフターゲットという問題もある。

だとしても、どこかの国は必ず、遺伝子ドーピングで機能がエンハンスされた選手を国際大会に送り込んでくるだろう。そして、その選手がそのせいで後に健康被害に遭っても、それは決して報道されないだろう。

新聞広告で、前野ウルド浩太郎著「バッタを倒しにアフリカへ」光文社新書をみたとき、昔から昆虫は好きなので、とりあえず買って、しばらく積ん読しておいた。

ところが、洞穴学入門を読んで、トビムシの生態の玄妙さに感心すると、今度はバッタについても知りたくて、いよいよ「バッタを倒しにアフリカへ」を読み始めた。

著者の前野ウルド浩太郎氏は、神戸大学でバッタの研究で農学博士を取得したものの、今後の研究と生活をどうするか悩み、若手研究者を外国に派遣する制度である「日本学術振興会海外特別研究員」の制度を利用して、アフリカのモーリタニアに行くことにした。サハラのサバクトビバッタを研究するためである。

前野氏は、海外渡航にあまり慣れていないので、慎重に準備した。しかし、流石にアフリカは遠い。なんとか着いても、入国手続きで戸惑う。何しろ、モーリタニアの公用語はフランス語で、前野氏は、フランス語がほとんど喋れない。また、モーリタニアはイスラム教国なので荷物のビールが没収されてしまった。

ともかく、赴任先の国立サバクトビバッタ研究所のスタッフが迎えに来てくれたので、車で研究所に向かった。

研究所内に住まいが与えられたのだが、日本食はないし、暑いし、フランス語が分からないし、知り合いはいないし、で最初は大変だった。

ところが、研究所のババ所長がとても人格者で、救われた。実際、前野氏は、苦難に遭遇したとき、何度も所長に救われた。モーリタニアでの研究業績を評価して、子孫を意味するウルドのミドルネームを授けたのも、ババ所長だった。

前野氏は、所長に相談して、ティジャニという助手を得た。すなわち、英語が分かるし、運転事情がややこしいモーリタニアで、熟練の運転手を務めてくれるので、とても助かった。

こうして、モーリタニアでのバッタの研究が始まったのだが、なんと干魃で、バッタがいない。これでは研究は、開店休業である。

しかし、前野氏は、次第に転んでも只で起きなさを発揮していく。すなわち、バッタの代わりに、身近なゴミムシダマシ、略してゴミダマの研究を開始し、意外なことが沢山分かった。そのついでに、ゴミダマを補食するハリネズミを飼うことにもなった。

そうしていると、フランス人研究者の知り合いから声をかけられ、モンペリエにある国立の農業研究所で、客員研究員として滞在するという機会を得た。

しかし、フランスからモーリタニアの研究所の住まいに戻ってみると、なんとゴキブリの大群の住まいになっていて、昆虫学者といえども駆除に苦労した。

その一方で、ポスドクとして、仕事探しにも余念がなく、可能性は低いと思いつつ、京大の白眉プロジェクトにも応募した。さらに、前野氏は、研究能力だけでなく、マスコミにアピールする能力もあって、プレジデント誌の石井氏から寄稿の仕事をもらったり、東海大学出版会から本を出したりした。

そして、モーリタニアに戻って研究しているとき、京大白眉プロジェクトから、合格通知をもらって、喜びが弾けた。

そうしていると、幸い、砂漠でバッタが大発生したが、大群を追ううちに、殺虫剤を使わないでバッタをコントロールすることの難しさを痛感した。もともと、殺虫剤の毒性の被害が大きいので、それを使わない駆除が研究目標の一つであったはずであるが、なかなか前途は困難である。

今や前野氏は、国際農林水産研究センターの研究員をされているようである。

ところで、三年前だったか、栃木のフラワーパークを訪ねたとき、花に留まっているミツバチを見て、ミツバチってこんなにいとおしかったっけ、と目がウルウルした。そうやって、自分の昆虫好きを再確認したのだが、しかし、私には、苛酷な環境の、アフリカの砂漠に行って、フィールドワークで昆虫の生態を研究するのは到底無理で、私のような昆虫ファンのためにも、研究に邁進戴きたいものである。

あるとき、適当に新聞記事を眺めていたら、ある作家が書いた記事だったか、「洞穴学ことはじめ」という本が名著なのだという。えっ、そうなのか、と反応して、アマゾンで調べてみると、なんと1968年刊の岩波新書だった。買っても読まない可能性が高いが、まあ安いのでいいか、と注文して、届いたら、なぜか積ん読でなく、通勤鞄に入れて、他の本を読む合間に、少しずつ眺めると、流石に血湧き肉躍る、ということはないにしても、独特の世界に次第に興味を感じ始めた。

著者は吉井良三という人で、1914年に生まれ、京都大学理学部動物学科卒業の生物学者である。

吉井氏が大学に入って、訪れたのは、動物学科の、生態学の教室である。生態学といっても、そこで研究されていたのは群集生態学で、これは自然の中で、複数種の生物の組み合わせの規則を研究する分野らしいのだが、範囲があまりにも広いので、吉井氏が選んだのは、群集生態学のうちの陸水生物学、すなわち、湿った木の葉などにいる生物の研究であるが、それはほとんどは昆虫である。それでも種類を限定すればなんとかなると、トビムシに絞った。先行研究がなく、暗中模索だったが、トビムシだと枚挙し尽くせると思った。しかし、それは見込み違いだったと、あとで分かった。

当時は戦時中で、いつ召集されるか不安だった。たまたま、フンボルト奨学金を得て、ドイツに留学できた。

日本に帰ってきて、なんとか戦争が終わり、貧しかったが、研究に専念できる喜びに浸った。

そこから洞穴性トビムシの研究に専念することになり、高知や鈴鹿の洞穴や、鍾乳洞を訪れた。

そして、吉井氏のところに、今立と上野という優秀な学生が加わり、様々な洞穴に入って研究した。すると、洞穴によって、トビムシの種類が異なることが分かった。しかも、トビムシの種類は、洞穴の地理的位置に依存する。

それで、位置と種類の関係をプロットすると、日本列島のある線の南北で、トビムシの種類が分かれることが判った。これは、南北問題と呼ばれた。

また、調査に値する真洞穴性の生物が棲んでいない洞穴を吉井氏は、バカ穴と呼んだ。

南北問題も、バカ穴も、大昔の日本の海岸線などの地理的状況に依存するようだが、その詳しいことは、地学の権威でも、解りようがなかった。

さて、洞穴に潜って、そこから無事戻ってくることは、なかなか困難で、登山や潜水のような技術も要する。吉井氏は幸い、三高の登山部だったので、洞穴に入ることの技術をなんとか身につけた。それでも穴から落ちて、骨折など大怪我をしたこともある。

そのうち、発表した論文などを通じて、フランスの洞穴学者と知り合いになり、フランスから日本に招待して、日本の洞穴に一緒に潜ったりした。そのとき、随分立派な装備と、山岳技術をもっているので、流石にヨーロッパは、登山の本件だと感心した。

さて、洞穴毎の生物の分布、すなわち生物地理学だけでなく、生物の洞内生活への適応ということも、生物学的に興味深い。洞内では、代謝量が小さく、発達の速度も遅い。

そのような研究から、吉井氏は、南極観測隊員にもなり、洞穴地下水研究会も組織した。

さらに、生物学、あるいは昆虫学とは別に、洞穴探検にフォーカスした活動も行った。岩手の巨大洞穴、龍泉洞の探検である。その広さ、深さの全貌は誰も知らない。

それだけではなく、洞穴学という観点で、未開の地が世界に多すぎる。例えば、熱帯の洞穴には、真洞穴性の生物がいない。

また、ネパールの洞穴の付近には、キングコブラがいたり、洞穴が虎の棲家になっていたりする。文字どおり虎の穴である。明らかにこのことは、熱帯の洞穴の探検及び研究を困難にする。

こうして、洞穴学と、洞穴生物学を垣間見ることができたのだが、それにしても、なんと隠微で大変な世界なのだろう。生態学とは、こういう個別研究の膨大な集積なのだ、と改めて認識を新たにした。

ともかく、この一冊の岩波新書を読むのに、数週間を要した。忍耐力を要したが充実の時だった。

動的平衡2

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今から十年くらい前に、福岡伸一氏の「生物と無生物の間」講談社現代新書を読み、極めて短期間のうちに生物の細胞が完全に置き換わるのだけれども、見かけ上、何も変わらない、という記述に衝撃を受け、ヘラクレイトスを引合いに出して、パンタ・レイというブログ記事を書いた。

その後、福岡氏がメジャーになりすぎ、天邪鬼な私は、福岡氏の著作を読むのを避けてきたが、数ヶ月前に知り合いから、西田哲学と動的平衡の関係を論じる著書を紹介され、苦労しながら、木の年輪と、気候などの環境との関係を論じる箇所までたどり着いた。

記述によると、気候が年輪に影響を与えるのは当然であるが、年輪もまた、気候などの環境に影響を与えるのだ、という件についていけず、その本は、部屋の積ん読エリアに戻された。

なんかそれが、福岡氏に申し訳なくて、その償い、という訳ではないが、新聞の書籍広告で、福岡氏の「動的平衡2」小学館新書をみたときは、オムニ7で即注文して、届いたら読み始めた。

すると、第一章は、「自由であれ」という命令、というタイトルで始まっており、遺伝子は生命の楽譜にすぎない、という副題がある。得たり、である。この章で私が一番注目したのは、卵環境は子孫に受け継がれる、という命題で、これは広い意味で獲得形質の遺伝ではないだろうか。

次の章は、なぜ、多様が必要か、であって、生物が環境の変化に対処するために、多様性を用意している、というのは分かるのだけれども、植物が不死という命題には同意できない。有限の時間のうちに、遺伝子は適応性を失うのではないか、交配しないと、である。

次の章は、植物が動物になった理由で、必須アミノ酸が合成できなくなって、動いて捕食せざるを得なくなった、という命題は面白いと思った。ただ、化石などでその証拠を見つけ出すのは難しそうである。

次の章は、バイオテクノロジーの恩人と称して、大腸菌が論じられる。プラスミドの話は何度読んでも面白い。

次の章は、私の好きなパンスペルミア説で、それを持ち出さないと地球生命の誕生は説明できない、という件に激しく頷いた。

次の章は、ヒトフェロモンの話で、それっぽい香水はありそうだが、実際、そのようである。

次の章は、遺伝は本当に遺伝子の仕業か?として、エピジェネティックスが論じられる。あと、なんだか理解していないが、マターナルRNAというのも面白そうである。

次の章は、二酸化炭素地球温暖化説が論じられているが、動的平衡で、それをバッサリ斬るかと思ったら、なんだか歯切れが悪い。残念。

最後の章は、西田哲学と動的平衡の関係が論じられていて、例の木の年輪の話も出てくるが、福岡氏は結局、納得したのだという。そういうものなのだろうか。

そういえば、この本の文脈なら、今西錦司と、エラン・ヴィタールのベルクソンにも言及してほしかった。欲をいえば、「生命と自由」の著者の、渡辺慧氏にも、であるが、流石にこれは知名度が低いか。

ともかく、動的平衡2が面白かったので、動的平衡3が新書化されたら、読むことにする。

ゲノム編集に書いたように、クリスパー・キャス9のことは気になっているのだが、なんとなく億劫で、小林雅一著、「ゲノム編集とは何か」講談社現代新書でさえ読むのをためらってきた。

しかし、流石にそろそろかな、と思い直して、「ゲノム編集とは何か」を読んでみた。以下は私なりの簡単なまとめである。

まず、クリスパー・キャス9の基となるゲノム編集のアイデアにつながる塩基配列を大腸菌のDNA中で最初に発見したのは、1987年、大阪大学微生物研究所に所属する石野良純氏らのグループである。石野氏は現在、九州大学大学院農学研究院教授である。石野氏らは、その特異な塩基配列に大変な興味をもったが、如何せん、当時塩基配列の解析速度はあまりに遅すぎた。それで、石野氏はその後、エール大に赴任して別の研究に移ったのをきっかけに、その塩基配列から興味が離れた。ともかく後にその塩基配列は、クリスパーと名付けられた。もともと英語のアクロニムで、CRISPR、すなわちClustered Ragularly Interspaced Short Palindromic Repeatsの略である。この中で私にとって目新しい単語はPalindromicであるが、辞書を引くと、回文のことらしい。塩基配列に回文が出てくるとは、なかなか創造神も悪戯心があっていい。

さて、クリスパー・キャス9の発明者の一人は、カリフォルニア大学バークレーのジェニファー・ダウドナである。ダウドナは1964年生まれでハワイの出身。父親はハワイ大学文学部の教授で、子供の頃から大変な秀才であった。それでハーバード大学の大学院に学び、触媒RNAの研究で博士号を取得したが、その研究の過程で身につけたX線回折法は後に大変役立った。ともかくダウドナは極めて優秀で、カリフォルニア大学バークレーの教授になった2003年頃には分子生物学の分野では押しも押されもしない存在になっていた。それでいて、容姿はグラビアアイドルといっていいほどであり、そういう人ってたまにいるんだよな。

そのカリフォルニア大学バークレーでバンフィールドという学者が鉱山から湧き出す熱水中の細菌の研究をしていて、その細菌もクリスパーの塩基配列をもっていた。バンフィールドは、クリスパーが細菌がもつ原始的な免疫システムであるという仮説をもっていたが、自分一人の力では解明できないので、ダウドナに共同研究を持ち掛けた。2005年頃である。それでダウドナもクリスパーに大いなる興味をもち研究を開始した。

一方、ダニスコ社の研究によると、DNA上でクリスパー内で繰り返し現れる配列の間にスペーサがあり、そのスペーサに重要な意味があることが分かった。すなわち、細菌の敵の一つに、バクテリオファージと呼ばれるウイルスがあるが、細菌はバクテリオファージに侵されてなんとか生き残ると、そのウイルスの遺伝子情報をクリスパー内のスペーサとして追加する。そして、次にそのウイルスに感染すると、細菌はそのウイルスの遺伝子配列をスペーサの塩基配列と比較して、マッチしたらウイルスの遺伝子を切断してしまう。するとウイルスは死滅する、という次第である。これは確かに一種の免疫システムといえる。

ダウドナはこの論文を読んだが、自らもクリスパーを研究していて、人間の免疫システムとは全く異なるが、もしかしたら人間の診断や治療に応用できるのではないかとの直観をもった。

ダウドナはある学会に出席した際、エマニュエル・シャルパンティエというフランス人研究者から声を掛けられた。シャルパンティエは、スウェーデンのウメオ大学に所属する無名の研究者だったが、Csn1というタンパク質に興味をもっていた。Csn1は、クリスパーの近くにある遺伝子から発現するタンパク質で、DNAを特定の位置で切るヌクレアーゼという酵素の一種でもある。そしてシャルパンティエは、Csn1がクリスパーと連携してウイルスを攻撃しているのではないかとの感触をもっており、このメカニズムを解明するため共同研究しようとダウドナに持ち掛けた。すると意気投合した二人は早速共同研究を開始することになった。

こうして、クリスパーとCsn1の連携メカニズムは次第に解明されていった。すなわち、クリスパー内部のスペーサ部分は、二段階を経て、ガイドRNAという特殊なRNAを作りだす。ガイドRNAには、クリスパーをもつバクテリアを過去に攻撃したウイルスの塩基配列が記録されている。そして、ガイドRNAは、Csn1と合体して、核酸とタンパク質からなる複合体になる。この複合体は、ガイドRNAに記録された記録に一致する遺伝子配列をもつウイルスを探し回り、一致がみつかると、そのウイルスの遺伝子配列に寄り添い、Csn1が遺伝子を切断する。そのとき、Csn1は、遺伝子の二本鎖の両方を同じ場所で切断してしまう。一方だけだと、他方から復元されてしまうからである。

研究が進むと、この仕組みは、ウイルスの遺伝子配列だけでなく、動物や植物のあらゆる遺伝子に適用できることが分かった。さらにDNAを切断した場所に、ある長さの塩基配列を挿入し、そこでDNAをつなぎ直せることができることが分かった。これが、ゲノム編集技術(Genome Editing)の嚆矢である。

ダウドナとシャルパンティエ等は、この成果を論文にまとめ、2012年6月28日に、"A Programmable Dual-RNA-Guided DNA Endonuclease in Adaptive Bacterial Immunity"というタイトルで、サイエンス誌に投稿した。その論文で、Csn1はCas9と改名された。ここで、CasとはCRISPR associatedの略であり、9は、Csn1が9番目に命名されたCasタンパク質であることによる。こうしてゲノム編集技術は、クリスパー・キャス9と呼ばれることになったのだが、長くなるので続きは続編に書くことにする。

人工光合成

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四年近く前に、読売新聞科学欄の記事に基づき人工光合成というブログを書いたが、最近の読売新聞科学欄の記事で久々に人工光合成がカバーされていたので、なにかアップデートがあるかもしれないと、この記事に基づき、前回の記事との重複を厭わず、書いてみる。

まず、おさらいであるが、植物の光合成の反応は、光が直接関係する明反応と、光が直接関係しない暗反応に分けられる。どちらの反応も、植物の葉などに含まれる葉緑体の内部で起きる。

明反応は、葉緑素が吸収した光エネルギーを使い、たんぱく質の内部で水を分解することで、酸素や、エネルギー源のATPを作り出す。暗反応は、ATPなどを利用して、二酸化炭素からでんぷんを合成する。

そんな光合成の謎の一つに、水を分解することで酸素を生み出す触媒の仕組みや構造がある。その触媒を含む、光化学系2というたんぱく質が、チラコイド膜にあることはわかっていたが、不安定で壊れやすいうえに、触媒がたんぱく質の中に埋もれているため観察が難しいという問題がある。この問題に関して、岡山大学の沈建仁教授が、その謎の一端を解明して世界中から注目を集めたという。あれっ、これは人工光合成で言及した、大阪市立大学の神谷信夫教授らの研究と似ているが関係はないのだろうか。そこでGoogle検索してみると、科学技術振興機構のホームページの2012年1月31日の記事に以下のものをみつけた。

「光合成、残された最大のナゾを解明」
約200年にわたって世界の科学者が追い続けてきた植物の光合成研究で、最後に残された最大のナゾを、沈(しん)建仁・岡山大学教授と神谷信夫・大阪市立大学教授のグループが突き止めた。太陽光と水から酸素を作り出すための要となるタンパク質「光化学系Ⅱ複合体」の結晶構造を解明したもので、米科学誌「サイエンス」は昨年の画期的な10大成果として、日本の小惑星探査機「はやぶさ」の帰還などとともにこの成果を取り上げ、高く評価した。今後の人工光合成の実現にも大きな弾みがつくとみられる。この成果の意味や、研究の苦労、裏話などを2人に聞いた。(以下、略)

なんだ、やはり同じグループの研究チームに属していた。それで続けると、沈教授は、和歌山県の温泉に生息するシアノバクテリアの光化学系2たんぱく質を使った。たんぱく質の立体構造を調べるには、液体に溶かして結晶を作り、強い光を当てて解析するのだが、その溶解に適した条件を探すのに苦労し、純度の高い結晶を作製するのに20年を要したという。

こうして得られた結晶に、兵庫県佐用町の大型放射光施設「スプリング8」で強いX線を照射した結果を神谷信夫・大阪市立大学教授が解析したところ、触媒は、ゆがんだ椅子のような構造であることが分かった。

触媒は、マンガンとカルシウム、酸素の合計10個の原子からできており、原子同士の距離が違うため、歪んだ不安定な形になっているという。そして、沈教授によると、構造が不安定だと変化しやすいということであり、生物は、この不安定な構造の触媒を維持して利用するのだそうである。水を分解することで酸素を生み出すためには、水分子から水素原子を取り除く必要があるが、このために触媒が四回形を変えて元に戻るサイクルが予測されているという。

沈教授は今年の2月、兵庫県佐用町のX線自由電子レーザー施設、SACLAを使い、水分子が触媒に取り込まれた瞬間の構造も捉えたという。一歩一歩本質に迫っているようである。

ちなみに、兵庫県佐用町にあるのは、理化学研究所の放射光科学総合研究所である。

「ウイルスは生きている」中屋敷均著、講談社現代新書を一応読んでから、いわゆるウイルス学の梗概のようなものも眺めておこうと思って、随分昔に買っておいた、野本明男・西山幸廣[編集]「ウイルス研究の現在と展望」、共立出版「蛋白質 核酸 酵素」 2007年8月号増刊号を読み始めて、その「序」の、「中心的、基本的な課題はいまなおウイルスの構造と増殖であり、ウイルス感染に対する細胞応答、宿主応答であろう。」という箇所まで読んだとき、ああ、「ウイルスは生きている」で重要なことを書きもらしていたな、と思い出し、「ウイルス研究の現在と展望」に入っていくまえに補足しておこうと思い立った。

それは、オープンソースの創始者の一人、エリック・レイモンドが提唱した「伽藍のバザール」という意味での、ウイルスのバザール性である。

私が以前勤務していた外資系企業は、おそらくproprietaryなソフトでデ・ファクトな圧倒的強みを構築してしまったマイクロソフトの一角を切り崩すため、オープンソースの概念を世間に広めようとしていた。それがどの程度成功したか評価は分かれるところだが、ともすれば以前勤務していた外資系企業に対して辛口の評価をしてしまう私からみても、まあ成功したとみてよいとおもう。ただ、その成功が限定的といわざるをえないのは、あえて英語でかくと、followed by consecutive massive layoffsだからなのであるが、いまはそのことにフォーカスするつもりはない。

さて、私が以前勤務していた外資系企業で、上記のような経緯から、メインの仕事の一つにオープンソースの観点でのソフトウェアのレビューがあった。すなわち、開発者がソフトウェアを書くとき、すべてのコードをスクラッチから書くということはほとんどなく、たいていの場合、既存のコードやライブラリを利用する。そこで問題は、既存のコードやライブラリにかなりの頻度でオープンソースが含まれており、もっというと、そのようなオープンソースには、典型的にはリチャード・ストールマン主催のフリーソフトウェア財団(Free Software Foundation)が策定したGPLという、複雑怪奇で面倒な契約条項がからんでおり、業界人は頭を悩まされることになった。

というのは、GPLは、そのコードを含む、あるいは静的リンクする全体のソフトウェアにGPLを適用することを要求するのであって、どういうことかというと、プログラムの実行、プログラムの動作を調べ、それを改変すること、複製物の再頒布、プログラムを改良し、改良を公衆にリリースする権利を留保しなくてはならないのだから、GPLのプログラムを有料で販売することは禁止されないものの、少なくともソフトウェアの独占性は散逸してしまう。なので、商用ソフトにオープンソースが入り込むことはなるべく避けなくてはならないのであって、オープンソースの観点でのソフトウェアのレビューも、そこのところを中心に行われた。オープンソースが入り込むことで、全体のソフトウェアにオープンソース契約条項が適用されることをviral effectと呼んだ。ここでウイルスが出てきたので、また病原体としてのウイルスに戻ることにする。なお、コンピュータ・ソフトにおけるviral effectは、コンピュータに感染して悪さするコンピュータ・ウイルスとは全く関係がない。

戻って、ウイルスのバザール性であるが、世界にはソフトウェアのオープンソースなんてめじゃない、膨大なウイルスと、ウイルスたちが生成したコードがひしめいている。めじゃないのは当たり前で、なにしろ数十億年の歴史がある。いや、地球外生命体に鑑みると、数十億年よりはるかに長い歴史なのかもしれないが、そんなのどんな想像も超える。

さて、不思議なことにウイルスたちが生成したコードは、RNAやDNAで書かれている。これ以外にもPNA(ぺプチド核酸)や、TNA(トレオース核酸)だの、ありえるらしいが、ウイルスの文脈では聞いたことがない。初期にはあったが、RNAやDNAとは互換性がなくて、駆逐されたのだろうか、コンピュータ・システムにおける、最早誰にも顧みられることがないレガシー・コードたちのように。

ともかく、単細胞生物であれ、多細胞生物であれ、この世に生きていると、膨大なウイルスのバザールに晒される。そして免疫を使っていくら頑張っても、感染は防げない。感染すると、ウイルスのコードの一部は核に入りこみ、宿主の遺伝子そのものを書き換える。

ウイルスの感染によって宿主は、例えばスペイン風邪のように、凄まじく死滅したりするが、ウイルスはそこまでやるつもりはなかったというか、宿主に全滅されては困るので、どこかでごめんと謝って、生き残った宿主は次第に寛解する。その被害に鑑みると、ごめんで済むかということになるが、将棋連盟の某棋士たちのように全く謝らないのよりはましである。

ウイルスに感染することが宿主にとって災難かというと、yes and noである。すなわち、ウイルスに感染するとゲノムにウイルスに由来する遺伝子が組み込まれ、「ウイルスは生きている」で述べたように、合胞体性栄養膜のような生命に極めて本質的な働きをするタンパク質が生成されたりする。

このような例をみると、ウイルスに感染するということは、Windows Updateのように、新規モジュールが追加されて、機能強化される面もある。これをさらに拡大すると、生命機能というのは、多くのウイルスたちをcontributorsとした、Linuxのようなオープンソースのオペレーティング・システムのようなものということになる。リーナスに当たるのが誰かは知らないが。

そしてもし、生命機能がウイルスたちの寄与によって大幅な影響を受けるとなると、ダーウィン的な適者生存のスキームは、フェイルしないまでも大幅に修正を迫られる。そもそも、適者生存というよりも、適者のもつ遺伝子コードが、GTA(gene transfer agent)のような仕組みで他の生物に伝達されるので、ちょっと今西錦司めいてくる。

いまふと思ったのだが、ノーベル化学賞で述べたDNA修復機構もウイルスのオープンソフトによる貢献なのだろうか。そんなOSのカーネルのような機能がまさかウイルスのオープンソフトなわけないだろうと思うのだが。しかし、DNA修復機構のようなコドンの誤り訂正処理は、いかにもウイルスの得意技である。

ということで、ウイルスのオープンソフト性を頭の片隅に置きながら、state-of-artであり且つconventionalな野本明男・西山幸廣[編集]「ウイルス研究の現在と展望」を読んでみることにする。

ウイルスの起源で述べたように、「生命のからくり」中屋敷均著、講談社現代新書を読んで感銘したので、古書店で「ウイルスは生きている」中屋敷均著、講談社現代新書を見かけて、あまり迷わず買った。そして買って数週間で読み始めたのだが、これもなかなか気合いの入った好著なのだった。

この本はいきなり、合胞体性栄養膜の記述から始まる。聞いたことがない用語なのでなんだろうと思っていると、なんでも子宮内の胎児に母親の免疫システムが悪影響を及ぼさないようにする仕組みなのだという。なぜそれが必要なのかというと、例えば母親の血液型がA型で、胎児の血液型がB型ということはありえる。すると、B型の血液型が母親の免疫システムから攻撃を受けると胎児は生きていけないことになる。それを合胞体性栄養膜が護っているのだという。

そこにウイルスがどう関係するのかということなのだが、その膜の形成に必要なシンシチンというタンパク質が、ヒトゲノムに潜むウイルスに由来する遺伝子に依存するのだという。要するに、過去のある段階で、シンシチンというタンパク質をもつウイルスに感染しなかったら、ヒトは今と全く異なる胎児育成システムを構築しなくてはならなかったはずで、こんにちのような繁栄を享受できたかどうかわからない。

次の話題は、20世紀の初頭に、もしかして1億人以上の死者をもたらしたかもしれない、スペイン風邪である。これは、現代の科学者がウイルスの遺伝子を解明したところ、H1N1型の鳥インフルエンザだったらしい。このように鳥が罹るインフルエンザが人間に感染するようになることをホストジャンプと呼ぶ。

ホストジャンプが起きる理由は、ウイルスの遺伝子の急速な変異にある。ただ、なぜかウイルスの遺伝子は宿主に対する毒性を緩和する方向に向かうという。なぜなら、宿主をどんどん殺しては、ウイルスも増えることができないからである。

さて、ウイルスの発見者は複数いるが、著者がいうには、一番気合いが入っているウイルスの発見者は、マルティヌス・ベイエリングで、ものすごい集中力で濾過性病原体を発見し、それが細菌とは異なる病原体であることを突き止めた。

その後継の研究として、1936年にボーデンとピリエが、ウイルスが95%のタンパク質と5%のRNAから構成されていることを同定した。ところがウイルスは、純化するとタンパク質と核酸の結晶になってしまう、生きた宿主の体に入るとあたかも生命のように増殖して進化する、ということで、ウイルスが生物なのかどうか議論が分かれたが、いまの学会ではウイルスは生物ではない、とされる。

ところでウイルスは基本的にはキャプシドとエンベロープの組み合わせをもつ。キャプシドには核酸が含まれるが、バリエーションがあって、RNAだったりDNAだったり、一本鎖だったり二本鎖だったり、線状であったり環状であったりする。

またウイルスと似て非なるものに転移因子(トランスポゾン)があって、細胞内においてゲノム上の位置を転移する。ウイルスとトランスポゾンの違いは、エンベロープを作る機能を担うenvがあるかないか、である。

さらにキャプシドをもたないウイルスもある。

興味深いのは、ウイルスと宿主の共生であって、例えば、寄生バチと共生しているポリドナウイルスは、寄生バチの寄主の核にDNAを移行させ、寄主のゲノムDNAに入り込んでいく。それによって産生されるタンパク質は、寄生バチの卵に対する、寄主の免疫反応を抑制する。これは、ヒトゲノムに潜むウイルスに由来する遺伝子によって産生されるシンシチンによって、合胞体性栄養膜が形成されることに似ていなくもない。

ポリドナウイルスはさらに、寄主の変態も阻止する。寄生バチの卵が孵化して脱出するのを補助するためである。しかしポリドナウイルスは、文節ゲノムをもつものの、増殖する遺伝情報をもっていない。そこは寄生バチから供給されるタンパク質を利用している。

なお、上記の寄生バチの攻撃に対して、寄主も手を拱いていない。例えば、アブラムシを寄生バチから保護する働きをもつ、ハミルトネラという共生細菌がおり、ハミルトネラが出す毒素が寄生バチの卵を殺すのであるが、それはハミルトネラAPSEファージというウイルスに感染することによって産生される。

このほかにも、ヘルペスウイルスなど、感染によって宿主にメリットを与えるウイルスがいる。

また、ファージには、獲得免疫を運ぶものがいる。すなわち、ある細菌が薬剤耐性を獲得し、それにファージが感染して増殖し、他の細菌に感染すると、感染した細菌がやはり薬剤耐性を得たりする。

さらに、ファージに似たGTA(genom transfer agent)と呼ばれるものも知られている。これは細胞がもつ遺伝子を運び出して、他の生物に水平移行させる働きがある。すなわち遺伝子は、親から子に垂直に移行されるだけではない。

最後にウイルスのアウトソーシングの話題にも触れる。そもそも細菌であれば当然自前でATP合成酵素をもっているはずであるが、なんとATP合成酵素をもたず、宿主細胞に寄生して、必要な代謝物を宿主細胞から得ているファイトプラズマ・アステリスのような細菌もいる。

そうしてみると、宿主細胞に感染して、さまざまな機能をそこから借用して増殖するウイルスがなぜ生物であっていけないか、という議論にもなる。

ところで、生命と自由の文脈でウイルスが生命かどうか判断するためその要件を書きだしてみる。

  1. 非決定性
  2. 価値追求性(未来指向性)
  3. 実行能力
  4. 脱物質性(変化を通じて自己同一性)

すると、ウイルスも何か目的をもっているようなので、価値追求性(未来指向性)はいえるだろうか。あとは、どうもよく分からない。

これに答えるには明らかに私は勉強不足である。

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