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リバコミ！ってなに？人間の病気をカエルで解き明かせ！
みなさんは、臓器移植や再生医療という言葉を新聞やニュースで聞いたことがあるだろう。近年注目を集めている分野である。
では、そこに血液の話が密接に関係してくるのは知っているだろうか。
実は、骨髄移植後の合併症として起こる血小板減少症の治療や、再生医療の核となるあのES細胞を自由自在に使いこなすには、『造血因子』の存在なしには語れない。
では造血因子っていったいなんだろう。今回は、長年造血学領域を研究してきた、早稲田大学教育学部理学科生物学専修の加藤尚志教授に話を聞いた。
血液ってどこからやってくるの？
血液中には赤血球、白血球、血小板の三種類の血球が存在する。
これらの血球はどこで、どのようにして造られるのだろうか。実はこのしくみ、同じ工場の中でひとつの材料が異なる製造ラインを経て、製品が市場に出荷されるのとよく似ている。
哺乳類の場合、血球の生産場所は主に骨髄（骨の内部）である。骨髄には、血液以外に1000分の1の割合でごく微量に、造血幹細胞と呼ばれる『全ての源』が存在する。ここで、幹細胞と聞いてなにか気づかないだろうか。そう、再生医療でおなじみのES細胞のことである。
この幹細胞というものは、あらゆる細胞になれるという性質を持ち、すべてのスタート地点に位置する「受精卵」のようなものだ。その中でも造血幹細胞は血球になれる幹細胞を指す。つまり私たちが知っている血球は、この幹細胞が形を変えながら増えていき、骨髄から血液中へ移動したあとの最終的な姿なのである。
製造ラインの司令塔はだれ？
だが、いったいどうやって三種類の血球を造り分けているのだろうか。
ここで登場するのが今回のキーワード、造血因子である。たとえば赤血球はある時期になると、次の命令がないかぎり、幹細胞から赤血球になることはできないように出来ている。その命令を下しているのが、エリスロポエチン（Erythropoietin:EPO）と呼ばれる司令塔なのである。
EPOの指示があるから、赤血球は赤血球になれる。同じように、白血球が白血球になるためには、G-CSF（顆粒球コロニー刺激因子）の命令が必要だし、血小板の場合はトロンボポエチン（Thrombopoietin:TPO）となる。
トロンボポエチンは更に造血幹細胞自体にも作用し、造血システムそのものをコントロールするという研究結果が出ている。
これは例えばES細胞から臓器を造るときに、ES細胞にどのような命令を下せば良いかを知るための、大変興味深い対象となる。
加藤教授とトロンボポエチンの二人三脚
そのトロンボポエチンを発見したのが、加藤さんである。長年、企業で未知の存在であったトロンボポエチンに着手し、10年以上も悪戦苦闘を続けてきた。そして90年代に入り、ついにその発見に至ったのである。これは、血液学の歴史に名を残すほどの大発見となった。その後加藤さんは、早稲田大学に移るまでの約10年間、基礎的な研究から医薬に直結するような臨床研究まで、隅々までトロンボポエチンに携わってきたのである。
発見研究のすばらしさを学生と共に
2003年に、加藤教授は研究の場を企業から大学へと移した。そう決意させたのは、トロンボポエチンの発見で味わった「発見研究-Discovery Research」の醍醐味を、次の世代に伝えたいという思いであった。
「発見するというのは、誰にでも与えられるチャンスである。わたしは、先端技術を技術として伝えたいのではなくて、それを使って発見研究出来る人材を育てたい」。
そのためにはまず、未踏の荒野を探さなければならない。ヒトやマウスの研究は歴史が長く、それだけデータベースも研究成果も多く出ている。だが、両生類の造血に関しては、ほとんど研究がなされていない状態だ。加藤教授はそこに目をつけた。
学生たちとゼロからのスタートを切るには、最適な研究対象であると確信したのである。
両生類の造血系はおもしろい
両生類に目をつけた理由はほかにもある。ヒトなどの哺乳類の造血系はすべて骨髄のなかで行われる。
つまり、血球が造られる場所も、造血因子が産出される場所も同じなのである。しかし両生類は違う。特にカエルの場合は、赤血球とEPOは同じ肝臓のなかで作られるし、血小板とTPOは脾臓だ。これを“臓器分業”していると言う。
つまり、哺乳類ではすべての作業を同じ工場で行っていたものが、カエルでは三つの工場に別々に分けて生産している状態なのだ。
一つの工場に一つの製造ラインしかないとすれば、そこの司令塔の命令は明確になってくる。ヒトでは分かりにくかった造血因子が働いている環境の条件を、カエルで決定することが出来るのである。
もう一つ、『個体発生は系統発生を繰り返す』という有名な言葉があるのを知っているだろうか。
これを造血因子に当てはめても同じことが言える。魚類や両生類から哺乳類まで辿れば、赤ちゃんが大人に成長するまでにどのような造血システムが構築されているのか解明出来ると考えられる。
つまり両生類は、まったく新しい視点で造血学を再構築することが出来る、その可能性を持ったダイヤモンドの原石でもあるのだ。
得意分野は伸ばさなきゃ！
驚くかもしれないが、血液学領域の発展に多くの日本人が寄与している。
「血液学の領域は日本が得意とするところだし、これからもそうあり続けてほしい」と加藤先生は言う。
前例のない両生類を使った造血の研究は、これから先も困難な道のりが予想される。
だが、カエルの持つディスカバリーの可能性と、加藤教授の意思を受け継ぐ学生たちのパワーは、心強い推進力となるであろう。
早稲田大学というステージで、日本の研究者たちが世界を常にリードしてきた血液学の分野のこれからを切り開いていく。
これほど強力なバックアップを持ち、かつ野心みなぎる発見研究ができる場所は、そう多くはないはずだ。
ヒトで研究されてきた造血学領域を振り返れば、一見回り道のように思えてくるこの研究も、実は近道となるのかもしれない。
ジョニーデップの隣にいるのはキミだ！
ある日、あなたは１枚のチケットを手に映画館へと入る。通路の途中で、あなたの周りを光線が飛び交い、頭のてっぺんから足のつま先までがスキャンされる。
やがて通路の先には巨大空間が広がり、数十個ものドアが現れる。
そこであなたは手元のチケットに目を落とすだろう。チケットに記されたのと、ナンバーが一致したドアを開けることになるからだ。ドアの向こう側は個別シアターになっており、そこであなたは最新の映画を見ることになる。
しかしいつもと違う点がひとつだけある。
それはあなた自身が映画に実写で登場しているところなのだ。
憧れのヒーローと恋に落ちる女の子だったり、恐竜時代にタイムスリップした冒険家であったりする。これは実際現場で撮影されたものなのか？
いや違う。実は、先ほど通路でのわずか数分の間に、あなたの表情、体の動き、声すべてが読み取られていたのだ。その処理データがすぐさま映画に反映された結果、あなたはいとも簡単に憧れのスターと共演することが出来たのである。
そんな夢のようなことが、はたして実現するのだろうか。
フューチャーキャストシステムとは
２００６年愛知万博の三井・東芝館で１６５万人を動員して話題となった、フルＣＧのＳＦ映画「グランオデッセイ」を覚えているだろうか。
これには、来場者ひとりひとりの顔を取り込んでＣＧ映画に登場させるという「フューチャーキャストシステム」を利用したもの。
このシステムを開発、サポートしていたのが早稲田大学理工学部応用物理学科の森島繁生教授である。
スキャンした顔をリアルなCGで再現することが出来るそのしくみは、顔の立体形状の凸凹具合から、約９０個程度の特徴となる『頂点』を選びだす。これで顔のかたちが決まる。次にあらかじめパターン化されているワイヤーフレームという『動く骨組み』を、先ほどの特徴点と組み合わせるのだ。すると、ＰＣ上で簡単な操作をするだけで、個性のある顔が動きだすのである。しかもこれがハイスピードで処理されているから驚きだ。
実際、来場者はレンジスキャナーという機械に顔を当て、二回シャッターを切られるだけで、あとは各シアターへ移動し１３分の映画を鑑賞するのみ。わずか数分で、一度に２４０人の来場者を映画の中にＣＧ登場させるのだから、その処理速度と正確性には相当高いものがある。
愛知万博から学んだこと
愛知万博は成功に終わったが、課題はいくつか残った。
「みんなスクリーン上で自分自身を見つけるのに夢中すぎて、内容を覚えていないというひとが少なくなかったんだ。
映画っていうのは『没入感』が大切だからね」と森島教授は言う。それ以外にも、個人の特徴（たとえば表情のくせ、声、動作など）が反映されない点などが上げられた。
しかし同時に、夢みたいな体験をして多くの人がとても感動したことも確かであり、手ごたえを感じている。特に全国からアトラクションに参加した、障害者や自閉症の人たちの手紙が届いたことは森島教授にとっても予想しなかった喜びだった。
「これは我々がやってきた研究にとって、とても励みになりましたね」と森島教授は、これからの研究にますますの意欲を示している。
新たなプロジェクトで目指すもの
いずれの課題にせよ、ポイントはいかに短時間で処理するかである。
森島教授は「いまの技術だと、お金と時間を掛ければいくらでも高精度なものは作れるんだよね。でも我々がやりたいことはそれではない。ハリウッドのおっかけをしてもしょうがないでしょ」と言う。
森島研究室では平成１８年度から、文部科学省「重要課題解決型研究等の推進」プログラムに採択され、プロジェクト『ダイブ イントゥ ザ ムービー』通称ＤＩＭプロジェクトが発足した。このプログラムは「フューチャーキャストシステム」を更に技術的に発展させて、ＣＧだけではなく実写、アニメ、映像などすべてのジャンルで、参加者が全身三次元ＣＧ化してストーリーに参加できる、新しい映像技術を作り出すことを目的としている。
つまり、顔のみに限らず、あなたの個人を識別できるものならなんでも再現してどこにでも登場させてみせますという、すごいことの実現を目指しているのだ。
顔の表情に関しては、３２パターンあるキーシェイプをブレンドさせて表現する方法がひとつある。また、表情筋モデルを土台として「顔形状は表情筋によってのみ変化する」ように制約を設けると、特徴点よりも少ない２０個程度の制御点だけで表情合成できるという方法もある。表情筋を動かすのはクリエーターによる手作業だが、これを自動推定させるシステムの模索が行われている。今後は、このふたつの方法を上手く組み合わせていく予定である。
髪の毛や体の動き、声についても、同様に特徴的な『頂点』をマークして、母音や骨格などといった『動く骨組み』を加える。
これを自動化することにより、少ない情報と時間で最大のパフォーマンスを表現することを目指している。
技術だけではなく、ＤＩＭプロジェクトが本当に実現すれば、映画だけではなくゲームやテーマパークのアトラクションといった様々場面で応用され、エンターテイメントの新たな境地を開拓することが出来るだろう。
しかし、あなたは本当に、自分そっくりの自分を画面の中に見たいだろうか？
顔の形から表情、体型、声、しぐさまでそっくりの、もうひとりの自分を客観視するのは、楽しいことばかりではないかもしれない。
「そこで問題となってくるのは、どこまで似せるか、なんだよね」と森島教授は切り出した。
「我々は技術を発展させるのと同時に、ひとが似せられて不快と感じ始める境目はどこなのか、その許容範囲を見定める作業をしなければならない」と指摘した。
ただ単に技術だけを追求すればよいというわけではない。エンターテイメントを通して夢を与えることが最終目的だとすれば、心理的影響も考えた総合的なプロデュースが必要になってくる。
ここに森島教授のエンターテイメント研究に対する熱意を感じる。
感動の定義が変わる
２１世紀、これから技術がますます高精度化し、技術に必要な時間も短縮される。
するとあなたの住む世界はどうなるのだろう。
例えばＣＧ技術が進みすぎてしまうと、これまで想像力でカバーしてきた箇所までＣＧで補われ、想像力を働かせてイメージする隙がなくなる可能性がある。それが普通になる未来がきたとき、どんなことになら、あなたは胸をときめかせ、ワクワクするのだろうか。
「だからこそ、これからは技術を見せるのではなく、楽しませることが必要になってくるんだ」と森島教授は再度念を押した。
技術の進歩とともに、人々の感動の定義がゆっくりと再構築されていく。
その進化を見据えて、これからも最新のエンターテイメント研究が行われていくだろう。
いつか映画館でジョニー・デップの最新映画を見るとき、彼と共演しているかっこいいあなたが隣にいる、そんな未来もそう遠くはないだろう。(孟 芊芊)
種なしぶどうはどうやってつくるの？
夏も半ばを過ぎ、そろそろ秋の気配がしてきましたね。
秋はたくさんの穀物や果物が収穫できる季節でもあります。
スーパーマーケットにいくと、色とりどりの果物が並んでいます。最近は、ごくあたりまえのように種がないぶどうやスイカもありますよね。
こういった果物は、種がないと食べやすい上に、子供やお年寄りにも安全だという理由でよく好まれます。
ところで、この種なしブドウはどのようにして作られるのでしょうか？
植物は、受粉・受精によって植物の子房などが大きく発達し、胚珠が種子になることで、果実がどんどん大きくなります。
一方で、受粉や受精が行われなくても子房壁のみが発達していて、果実が大きくなることも、実はあるのです。
これを単為結実といい、いわゆる「種なし果実」となります。
実はこの単為結実、人工的に誘発することができます。
その有名な例がブドウ品種のデラウェア。デラウェアは、ジベレリンという植物ホルモンのある環境下におくことで種がない果実ができるようになります。
実際には、開花2週間前に100ppmの濃度のジベレリン溶液を紙コップに入れ
直接花(花房)につけてます。これにより、花粉の活性を低下させることができます。
すると、胚のうの発育を抑制することができるようになり、無核化します。
この処理は、開花前に行い、葉の枚数が10～12枚程度のときが処理ごろになるそうです！
そして、開花日2週間後に再び100ppmのジベレリン溶液に果実につけると、今度は子房が肥大するようになり、
種なしブドウができあがるのです。
実際に農家さんでは、どんなふうにやっているのか知りたい方はこちら☆
植物ホルモンは、植物が発芽し、茎や葉を伸ばしたり、花を咲かせ、実をつけたりするなど様々な生理作用をするものです。
そのひとつであるジベレリンは、日本人研究者が発見したものでした。イネがひょろりと長く延びる「イネばか苗病」の研究をしていた時、このイネに含まれる物質をほかのイネに与えてしらべたところ、植物の伸長を促進する作用があることを発見。そこから始まり、果実を肥大させる作用も見つけたのでした。
みなさんも、買い物にいったときには、ぜひスーパーに並べられた野菜や果物をながめてみてください。
そのひとつひとつに、おもしろい技術や歴史的な発見が隠されているかもしれません。
ギザギザ葉っぱのメカニズム
太陽の光が降り注ぐこの季節，
草木たちはこれでもかとたくさんの葉を茂らせています。丸いものや細長いものなどさまざまなかたちがある中、ギザギザした葉を見つけたことはありませんか。
鋸歯(きょし)とよばれるこのギザギザの形成には、CUC(クック)と呼ばれる遺伝子の働きが関わっていると考えられてきました。シロイヌナズナという植物で，CUC遺伝子に異常が起きると，葉の縁<ふち>がなめらかになったからです。
しかし，東京大学の塚谷裕一さんは，CUCが葉の縁に切れ込みを入れるという考えに疑問を感じていました。
そこで，正常な葉と異常が起きた葉の大きさを比較してみました。もし，切れ込みができて葉の鋸歯がつくられるのなら，2つの葉の大きさは変わらないはずですが，実際は縁がなめらかな葉の方が小さかったのです。
この発見をきっかけにして，研究が大きく進みました。葉がつくられるとき，その縁には細胞増殖を促すオーキシンという物質がつくられますが，放っておくと拡散してやがて均一になってしまいます。ですが，CUCが葉の縁のとがらせたい部分の両端でのみ働くことにより，オーキシンは拡散せず，その部分にとどめられます。するとその部分は，細胞増殖が促されて盛り上がり，鋸歯のとがった部分となります。
つまり，CUCは葉の縁に切れ込みを入れるのではなく，「オーキシンの流動を防いで細胞増殖を促す」ことで鋸歯をつくっていたのでした。
何気ない景色の中に，葉の鋸歯のような精巧なしくみがいくつもあります。普段目にするものごとの中に，新たな発見につながりそうな種を探してみるのもおもしろいかもしれませんね。（文・林 慧太）
植物のお医者さん
こんにちは。五木田です。私は今、法政大学で植物の病気について勉強しています。
私達が生きていくために必要不可欠な植物。植物は光合成を行い私達動物が出す二酸化炭素を酸素に変えたり、街の景観を保ってくれたりとさまざまな役割を持っています。近年では屋上緑化や植物工場なども誕生し、ますます活動範囲を広めてきています。
そんな植物の持つ機能の第一はなんといっても食糧としての役割です。
皆さんは、地球上で生産可能な食糧の約3分の1は毎年植物病によって失われているという現状を知っているでしょうか？
これは約8億人分の食糧にあたります。世界の人口は年々増え続け、耕地の利用可能面積も減っていっているため農作物の収穫量は減る一方の今、限られた農地で収量を増やすためには、いかに病気の発生を防ぎ、生産量を増やすかが鍵となっていきます。
そこで今回はそんな世界的な問題の解決にも貢献できるかもしれないお仕事、植物の病気を治す「植物のお医者さん」についてお話したいと思います。
植物病って？
そもそも植物病とはどんなものなのでしょうか？誰でも1度や2度は街中で枯れている植物を見かけたことがあるでしょう。
その「枯れ」も植物病の症状の一種です。これからみなさんが身近に接する植物を挙げて、植物の病気の一例を紹介します。
植物の第一の役割は食糧であるといいましたが、私達の食を支えている代表のものといえばなんでしょう？･･･やっぱりお米ですよね。イネの病気では「イネいもち病」などは聞いたことがある方も多いんじゃないでしょうか？もうひとつ被害の多い病気が、「イネ馬鹿苗病」です。
この病気はその名の通り、イネの背丈が馬鹿みたいに伸びてしまう『徒長』が起こることからつけられた病気です。病原体であるGibberella fujikuroiという菌の胞子が種籾に付着することで感染します。この病原菌はジベレリンと呼ばれる細胞分化を促進する植物ホルモンを生産します。
イネの幼い苗が発芽するとき、同時にこの菌の胞子も発芽しジベレリンを分泌することで徒長を促進します。ジベレリンに含まれるジベレリン酸という物質は、「種子が発芽するための細胞を刺激しろ！」という情報を持ったmRNAという遺伝物質を生産します。それが作用してどんどん細胞がつくられるため、植物の徒長という現象が起きます。感染した苗は背が高くなるだけでなく黄色くなったり（黄化）、重症なものは枯死したりしてしまいます。その上感染した苗から風に乗って別の苗の籾に感染する（風媒伝染）ので、その苗が翌年の伝染源となってしまうとても厄介な病気なのです。このような病気によって、お米を作る農家さんたちは頭を悩まされています。
他にも、植物の背丈が逆に小さくなってしまう「わい化」など植物病にはたくさんの症状があります。ちゃんと病名もあるんですよ！例えば、葉の表面がうどんこを振りかけたように白くなってしまう「うどんこ病」や根や茎にコブを作る「根頭がんしゅ病」などが挙げられます。
植物の『声』を聞く、植物のお医者さん
じゃあ、植物が病気になったときどう対処すればいいのか。その方法は病気によって様々です。
農家さんなどは農薬をまいたり、土壌消毒を行ったり、害虫防除のためのネットを設置したり、とても大変な苦労をされて作物が病気にならないよう心がけています。しかし、それだけの努力をされていても防除できなかったり、逆に発病を促進してしまうこともしばしばあります。それは「病気の原因」がわからないためであるケースが非常に多いのです。植物の病気は、水や光の量、温度が適切ではなかったり、ウイルスや菌類が体内に侵入したり、害虫に食べられたりすることで発症します。
そして、植物は自分で症状を訴えることが出来ません。人間の場合は「のどが渇いた！」と思ったら自分で水道があるところまでいけますが、植物は根をはっているため「ここ暗い！光がほしい！水がほしい！虫が来た！」と思っても自分で避けられないため容易に感染してしまいます。かわいそうですね。植物病の症状は同じ「枯れ」でも病原菌は異なり、処方する薬剤も異なります。
人が風邪を引いたときと同じで、病気になった「原因」がわかっていないとお医者さんは「治療」も「予防」も出来ないわけです。そこで、植物の『声』を聞き、その適切な判断を行うのが、植物のお医者さん改め、植物医師です。具体的にどんなことをするのか、その役割をちょっとご紹介します。
植物の診察を覗いてみよう！
私達は病院に行ったら診察を受ける前に問診表を書きますよね？病気になった植物にもちゃんと問診表というものがあるんですよ！植物の持ち主（依頼者）は病気の発生部位や時期、症状の特徴（枯れ、斑点、奇形など）や栽培方法や生育環境など、事細かに質問されます。植物は人間で言う「どのような生活を送っていたか」などの基本状況を自分では話せないのですから、植物病を診断するに当たってどんな環境で育てたか、水はどのくらい与えたかという情報は非常に重要になります。そして問診の後には診断をします
。診断はまず植物を肉眼で見て、全身の症状（全身病徴）を確認し、葉や茎に斑点や壊死など症状（局部病徴）が出ていたらその場でルーペなどにより観察していきます。ある程度の状況が把握できたら、より詳しく見るために顕微鏡で分離した組織を観察して検出できた菌や細菌から病名を同定していきます。
そして、その病気にあった農薬、栽培方法などの治療法を選択していきます。しかし農作物においては病気にかかってしまった株を治療するのは難しいため、あらかじめ病気にならないような環境づくり、適切な農薬の使用が必須となってきます。その農家さんに対するアドバイスも植物医師が行うのです。
このように、植物医師は実際に治療を行うだけでなく、その知識を農家さんや一般の方に伝える、という重要な役割も持っています。
植物のこれから
現在、地球温暖化や食糧飢餓などさまざまな問題がある中で、植物は私達の生活を支える非常に重要な存在といえます。
日本においても地球温暖化対策として都心で屋上緑化などを進めていますが、そこでも病気にかかるリスクというのは非常に高いのです。
そのため病気に対する適切な判断、対処が求められてきます。植物病が蔓延し十分な収穫が出来ない地域がたくさんある現状を打破するためには、いかに病気の発生を防ぎ、生産量を増やすかが大切です。
病気の適切な診断、その病気にあった栽培、治療方法を指導していく植物医師は、食の安全、安定供給を支えていくのに非常に重要な役割となっていくのではないでしょうか？
参考文献
植物医科学（上）著：難波成任
新編 植物病理学概論 著：久能均、白石友紀 高橋壮 露無慎二 眞山滋志 養賢堂発行
