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科学が変わる、化学が変える。 RSSフィード

2012-03-23  海の怪物分子、捕獲せり 〜橘研究室 このエントリーを含むブックマーク

 水族館という施設は、老若男女を問わず常に人気があるようです。我々が普段見る陸上の世界とは全く違う、素晴らしく豊穣なもう一つの世界を垣間見ることができるからでしょう。

 実は分子レベルで見ても、海の生物は陸上とは全く違った世界を造り上げています。海洋生物の生み出す化合物は極めて多彩であり、陸上生物には見られない不思議な構造のものが数多く存在します。これはすなわち、人類にとって有用な化合物――もちろん危険な化合物も――が、多数潜んでいるであろうことを意味しています。

 多様な海洋化合物の中でも特に目を引く一群として、ポリエーテル類と呼ばれる物質群があります。多数のエーテル環(酸素原子を一つ含む環)がずらりと梯子状に連結しており、竜を思わせるようなきわめて奇妙な構造で知られます。

 これらポリエーテル類は、見た目が変わっているだけではありません。これまで知られている低分子化合物の中でも、最強クラスの毒性を持つのです。例えば下記ブレベトキシンシガトキシンの毒性は、猛毒として名高いフグ毒テトロドトキシンさえはるかに凌駕します。

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ブレベトキシンB(上)とシガトキシン(下)

中毒を起こした際の症状は様々ですが、温度感覚の異常(非常に冷たいものに触ったかのような感覚、ドライアイスセンセーションと呼ばれる)という非常に特徴的な症状が起こることが知られています。これは、ポリエーテル類が神経細胞イオンチャネルナトリウムカリウムなどのイオンが通過する孔)に作用し、正常な情報伝達を妨げるためと言われますが、未だその全貌は解明されていません。

 この複雑怪奇かつ強烈な毒を作っているのは、意外なことに「渦鞭毛藻(うずべんもうそう)」と呼ばれる、単細胞植物プランクトンです。

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ブレベトキシンを生産する渦鞭毛藻・Karenia brevis

 特にこれが問題になるのは、赤潮(プランクトンの大発生)が起きた時です。有毒渦鞭毛藻の大発生により、周辺海域の海洋生物が大量死したケースがたびたび報告されています。また毒化した魚介類を人間が食べることによって重症の食中毒が発生し、大きな被害を出したことも少なくありません。そしてこうした赤潮の被害は、船のバラスト水などによって世界各地に拡散されており、各国で大きな問題となっています。

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赤潮の例

 理学研究科化学専攻の天然物化学研究室(橘 和夫研究室)では、これら海洋天然物の研究に取り組み、これまで多くの成果を挙げています。ポリエーテル類についても、構造決定・化学合成・生体内での合成メカニズムなど、幅広い研究を進めてきました。

 そして今回同研究室では、ニュージーランドで1998年に発生して大きな被害を出した赤潮から、新たなポリエーテル化合物を分離、立体構造の概要を決定することに成功しました。下に示す、ブレビスルセナールFと名付けられた化合物がそれです。

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Brevisulcenal F

ブレビスルセナールFは分子式C107H160O38、62の不斉炭素と24ものエーテル環を含みます。分子量は2076と、これまで知られているあらゆる天然物の中でも5本の指に入る大きさで、まさに怪物といえる分子です。

 研究は、日本チームとニュージーランドチーム双方の協力で進められました。まず、ニュージーランド・コースロン研究所のチームが、赤潮から原因の渦鞭毛藻(学名Karenia brevisulcata)の分離に成功します。これを人工的に培養し、1450リットルの培養液から数グラムの粗抽出物を得ました。これが日本に送られ、精製の作業に入ります。

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培養容器を持つ佐竹准教授

実験に当たったのは、浜本友佳さん(修士2年)でした。粗抽出物を各種のHPLC(注1)にかけて、様々に条件を変えつつ、細胞毒性のある部分を少しずつ濃縮してゆくという作業になります。

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左から橘教授、浜本さん、佐竹准教授

(注1)高速液体クロマトグラフィ。特殊な粒子を詰めた管に高圧をかけて、混合物が溶けた溶液を通過させる。それぞれの化合物は、粒子への吸着度合いによって出てくるタイミングが違うので、分離が可能になる。

いくつか含まれていた有毒成分のうち、Fと番号をつけられた成分が3.1mgほど得られたのは、精製工程開始から1年半後のことでした。単純計算で、最初の培養液から見て量は5億分の1に減ってしまったことになります。これほどの微量でも毒性を示す化合物も凄ければ、こんな量を分離してくる技術もまた大変なものです。

 さてここからは構造決定の段階に入ります。現在ではNMR(核磁気共鳴スペクトル)の様々なテクニックを駆使することで、化合物の構造情報について相当のところまでわかるようになってきました。NMRは化合物を溶液に溶かすだけで測定できる上、貴重なサンプルを失わないで済む非破壊的検査ですので、化合物の構造解析手段として最も普及しているものです。今回の測定は、理研にある800MHzのNMRを用いて行われました。写真にあるような、巨大な装置です。

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用いられたNMR。

 しかし、このクラスの化合物になってくると、NMRのデータも凄まじいことになります。最も基本的な1H-NMRのデータは下図のようなもので、経験のある人ならおわかりの通り、いったいどこから手をつけてよいか途方に暮れてしまうようなレベルです。

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1H-NMRチャート

 ここに二次元NMRの様々な技術を適用することで、少しずつ解きほぐしていきます。例えばDEPTという手法では、ある炭素に水素がいくつ付いているかが判別できます。またHSQCという手法では、どの炭素とどの水素がつながっているかが判別できます。こうしたデータを積み重ね、少しずつパズルを解くように構造を解きほぐしていくわけですが、何しろ相手は怪物級の化合物、解析には一年以上を要しました。

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 こうして解明された構造が、上にあるものです。質量分析を用いた解析でも、この構造は裏付けられました。ただし機器分析だけでは完全な決定が難しい部分もあるため、まだ一部立体配置が不明な箇所が残っています。考えられる部分構造の合成を行い、天然物と比較する研究がすでに始まっています。

今回の研究は、そのスケールひとつとっても、天然物化学の分野における金字塔といってよいと思われます。またブレビスルセナールFの毒性は、ラット経口投与での半数致死量が0.032mg/kgという数値でした。これは、猛毒として有名な青酸カリの、約300倍にも相当する毒性ということになります。その作用メカニズムを調べることで、イオンチャネルの機能や構造の解明にも寄与すると見られ、生物学的にも興味深いものです。

また抽出物には、まだ分析がなされていない化合物が残っています。これらの中に、さらに強力な化合物が残っている可能性も大いにあるでしょう。今後の研究が待たれるところです。

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指さしているかたまりが、ブレビスルセナールFを表す。左側に、いくつかの未知化合物の集団が見えている。

 そしてその先には、「なぜ渦鞭毛藻はこんな化合物を作っているのか?」という最大の疑問が待っています。1mmの数十分の1しかないサイズの彼らが、単に身を守るために作っているというには、あまりにも大がかりすぎるようにも思えるのです。

 実のところ、「なぜ生物は化合物を作るのか?」というテーマこそ、天然物化学の究極の謎です。自然は極めて多様な化合物を造り出していますが、何のためにこれだけの物質を手間暇かけて合成しているのか、説明がつかないようなケースが実際にはたくさんあります。

 これは突き詰めていけば、生命とは何か、自然とは何か、というところにたどり着くのでしょう。天然物化学の挑むべき謎は、まだまだ奥が深いようです。

2012-03-12 小宮山眞教授最終講義 このエントリーを含むブックマーク

 2012年3月9日、本GCOE推進者の一人である、小宮山眞教授の最終講義が行われました。「化学とバイオの接点を求めて――半世紀の大学生活を振り返って――」という演題にもある通り、小宮山教授は学生時代から含めて46年にわたって研究生活を送られ、そのほぼ半分に当たる25年間を「核酸の切断」というテーマに捧げてこられました。その研究の一端は、以前このブログでもお伝えした通りです(第1回第2回)。

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小宮山眞教授

 最終講義では、30億塩基対にも上るヒトDNAの、1ヶ所だけを正確に見極めて切断する「スーパー制限酵素」の開発に至るまでの道のりがユーモアを交えて語られました。学部生時代がちょうど東大紛争の時期に当たり、講義をほとんど受けられなかったことがかえって向学心につながったこと、卒業研究のテーマは高分子重合反応のメカニズム解析という、今の研究テーマとは似ても似つかないものであったことなど、意外なエピソードをいろいろと聞くことができました。

 印象的であったのは、アメリカ留学→東大工学部→筑波大→東大化学生命工学専攻→東大先端研と場所を変わるたびに新しいエポックが生まれたというお話でした。研究というものは、まさにそんな部分があるのだと思います。

小宮山教授が研究の道に入ったころは、DNAの遺伝暗号がようやく解読されたような時代でした。それが今や人工分子でDNAを精密に認識し、好みの位置で自在に切り貼りできるところまで来てしまったわけで、学問の進歩とは何と凄まじいものかと思わされます。

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花束を受け取る小宮山教授

 小宮山先生は見た目も若々しくエネルギッシュであり、とても定年を迎えるとは思えないほどです。これからもまだまだ元気に後進の指導に当たられるものと思いますが、ひとまずは「46年間お疲れ様でした」の一言をお贈りしたいと思います。小宮山先生、ありがとうございました。

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なお目指すは次の峰。

2012-01-20 1月16日 キャリアシンポジウム「Take off for Your Dream!」 このエントリーを含むブックマーク

 去る1月16日、東大理学部小柴ホールにて化学GCOEキャリアシンポジウムが開催されました。海外から短期留学生を招き、東大の学生と共に「夢」をテーマに発表、化学者としてのキャリアを考えるという趣旨です。留学生はしばらく日本に滞在し、交流を深めつつ研究を行ってゆく予定となっています。

このシンポジウムは毎年開催してきて今回が5回目、そして最終回となりました(前々回前回のレポート)。今回はサブタイトルを「Take off for Your Dream!」とし、OBなども数多く招いて講演をいただきました。

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リーダーの中村栄一教授より、GCOEの5年間を振り返る発表。

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堂免研究室出身で、サウジアラビアアブドラ王立科学技術大にて活躍する高鍋和広助教授。宮殿かと見紛うような、校舎の豪華さに全員驚愕。ふだんあまり知る機会のない、サウジの研究事情なども興味深いものでした。

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中村研究室出身で、20倍近い倍率を勝ち抜いてシンガポール南洋工科大助教授の座に就いた吉戒直彦博士。海外で研究室を持つというのは相当な苦労があると思いますが、それを乗り越えて研究はみごと花開きつつあるようです。

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長谷川研出身で、30歳の若さで高エネ研准教授に抜擢された阿部仁博士。世界に飛び出し、人とつながり、人生を楽しんでほしいという、明快かつ力強いメッセージをいただきました。

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相田研野崎研を経て、名古屋大学伊丹研究室助教となった瀬川泰知博士。学生時代の経験から現在の活躍に至るまで、元気の出る講演でした。

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中村研究室D2の小島達央さんは、オランダFeringa研究室への短期留学について発表。渡航中に大震災が起こり、帰国が遅れるというハプニングにも見舞われたものの、非常に実り多い日々であったようです。

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そこここで盛り上がるお昼のポスターセッション

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午後のセッション。有機化学界の重鎮・Rick Danheiser教授の登場で、会場のムードも引き締まる。写真にあるビーバーは、MITのマスコットなのだそうです。

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大連理工大学の期待の若手・陸安慧教授炭素材料の研究者で、写真は炭素繊維の強さの秘密をラーメン打ちになぞらえて解説しているところ。中国には政府その他からいろいろなバックアップがあるので、日本の若者にもぜひ来て欲しいということでした。

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海外での豊富な経験を生かし、現在英国王立化学会日本代表を務める清家弘文博士。ポスドク経験者の、研究以外への転身の例として、非常に参考になるお話でした。

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味の素勤務の本間達也博士。自らの実り多かった3年間を語り、博士課程進学を強く後輩に勧めるメッセージ。ユーモアをふんだんに交えた、見事なプレゼンテーションでした。

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メインイベント?のパネルディスカッション。「博士学位は国内で取るべきか、海外で取るべきか」がテーマ。しっかりと持論をぶつけ合い、レベルの高い議論がなされていました。

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中国からの留学生・劉媛媛さん。「Calculating My Dream」というユニークな演題で、新規触媒の開発にかける夢を語ってくれました。

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鈴木研究室のカン ビョンイルさん。シュバイツァー博士に憧れ、将来はアフリカのために働きたいという希望を持っているとのこと。現在のRNA研究を、アフリカのエイズ制圧に生かしたいという素晴らしい内容でした。

*   *   *   *   *

 今回が5回目のシンポジウムでしたが、年を追うごとにみな英語のスキルが上がり、講演内容の方もどれをとっても見事なものでした。本グローバルCOEはこの3月をもって終了となりますが、こうしたプログラムで育った「COE世代」が今後の学界を盛り上げていくだろうことをはっきり予感させるものであったと思います。

 なお本シンポジウムは1月20日付、朝日新聞の論説欄でも取り上げられ、海外への若手の雄飛などが高く評価されています。合わせてご覧いただければ幸いです。

2012-01-19 「現代化学」誌に、海外インターンシップ体験記が掲載 このエントリーを含むブックマーク

 冨田満さん(理学研究科化学専攻・尾中研究室D2)の海外インターンシップ体験記「ドイツの化学企業 BASFで働く」が、「現代化学」2012年2月号32ページに掲載されています。冨田さんは本GCOEの「海外インターンシッププログラム」で、昨年10月から1ヶ月半ドイツの化学企業BASF社にて研修を行ってきました。

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現代化学2月号表紙

 同記事では渡航に至る過程、街の環境、仕事の内容、インターンの待遇、大学と企業の研究のあり方の違いなどが具体的かつ詳細に記述されており、大変に参考になるものです。皆様もぜひご覧下さい。なお同号では、本GCOEの佐藤健太郎特任助教による、コレステロール低下薬スタチンの開発に関する記事も掲載されています。

2012-01-11

1/16 キャリアシンポジウム”Take off forYour Dream !"開催

来る1月16日(月)、グローバルCOEシンポジウム”Take off forYour Dream !"を開催いたします。毎年開催しておりますキャリアシンポジウムの第5回で、今回が最終回となります。

当日は各国からきた留学生と、東大化学4専攻の学生の代表が、講演・パネルディスカッションなどの形で互いの「プロフェッショナルとしての夢」を語り合います。

また、現在GCOEで招聘中のRick Danheiser教授(MIT)・An-Hui Lu教授(大連理工大学)及び、各界で活躍する本学出身者らのご講演をいただくこととなっております。今後のキャリア形成に、大いに参考になることと思います。

1月16日(月) 10:00〜17:00

東京大学理学部1号館 小柴ホール

ゲスト講演者:

Rick Danheiser教授(MIT)

An-Hui Lu(陸安慧)教授(大連理工大学)

高鍋和広 助教授(King Abdullah University of Science and Technology)

吉戒直彦 助教授(Nanyang Technological University)

阿部仁 准教授高エネ研

瀬川泰知 助教名古屋大学

沈鵬 博士(Air Liquide Japan

清家弘文 博士(王立化学協会 日本支部代表)

平井友樹 博士(富士フイルム

本間達也 博士(味の素)

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