このシリーズでは、再生医療の研究現場を切り拓く注目の若手研究者の方々に、日々挑んでいる具体的な研究内容と、その先に見ている目指すものをお話いただきます。第2回は、理化学研究所情報基盤センターでバイオインフォマティクス(生命情報学)の研究に取り組む二階堂愛(にかいどう いとし)氏に伺いました。
※本シリーズは、科学技術振興機構(JST)の「再生医療実現拠点ネットワークプログラム」に属する研究者の方々に、リレー形式で取材したものです。同プログラムは、現在、日本医療研究開発機構(AMED)に移管されました。
再生医療の現場で利用されるiPS細胞などの多能性幹細胞や体性幹細胞が、目的通り患部で有効に働くか、安全に機能するのか、その判断は容易ではない。理化学研究所情報基盤センターの二階堂愛ユニットリーダーは、生命の最小単位である“1細胞”のほぼ全ての遺伝子情報を読み取る独自技術を応用して、移植細胞の有効性、安全性を判定するための技術開発を進めている。
―ご自身の研究室(ラボ)を2013年に立ち上げ、DNA等の塩基配列を決定するシーケンス技術分野の研究者コミュニティーである「NGS(次世代シークエンサー)現場の会」でも世話人代表をされていました。他分野と比べ、若い人たちに囲まれている気がします。
私のラボは、11人のメンバー全てが20から30代。一部は前の拠点だった理研CDB(現・多細胞システム形成研究センター)からの同僚です。シーケンス実験 (DNAやRNAの構成要素である塩基配列を読む) チームとシーケンスデータ解析(情報科学を利用してDNA配列から知識を抽出する)チームとに担当が分かれます。
シーケンス技術は、移り変わりが激しく、進歩がはやい。現在のシーケンスの技術は米国で開発されたものであり、米国の解析コストは日本の半分程度、さらに科学技術の予算規模も桁が違います。これでは日本はどんどん米国に置いていかれてしまう。そこで、日々、シーケンスデータを生み出している現場の研究者・技術者が、世界のシーケンス技術と戦っていくため、情報交換をしたり、技術を高め合う場として、生物系や情報系の若い研究者たちが集まって「NGS現場の会」を立ち上げました。会員は800〜900人程度です。実践的な集まりなので、1つのセッションから論文が産出されたりもします。参加者はやはり20から30代が中心。学生さんも多いですね。
―学生の頃から、ゲノムに関する研究をされていたのですか？
もともとは生命進化に興味がありましたが、学生時代にインターネットが出てきたので、並行してコンピュータの勉強もしていました。卒業研究では、DNAシーケンス後に、コンピュータで統計解析して、そこから進化の情報を引き出す研究をしていました。修士課程になると、真核生物のゲノムを世界で初めて決定したかずさDNA研究所が中心となった、海洋植物の遺伝子を網羅的にシーケンスするプロジェクトでデータ解析を担当しました。
コンピュータ解析をする人材が不足していること、また同所のコンピュータ解析の先生の勧めもあって、コンピュータを使ったゲノム解析研究に力を入れることになりました。シーケンスする対象は変わっても解析テクニックは変わりません。ちょうど、そのころ理化学研究所の林崎良英(はやしざき よしひで)現・理化学研究所 予防医療・診断技術開発プログラム ディレクターの研究室に所属していた坊農秀雅(ぼうのう ひでまさ)現・情報・システム研究機構 ライフサイエンス統合データベースセンター特任准教授から、マウスの完全長cDNAのアノテーション(機能注釈)を行うプロジェクト(FANTOM)があるから、遊びにこないかと声がかかりました。
―国際研究コンソーシアムであるFANTOMは、その成果を元にしたデータベースから、山中伸弥(やまなか しんや)京都大学教授がiPS細胞を作るための遺伝子(初期化因子)を見つけたことでも有名ですね。
FANTOMでは、データの機能解釈チームと解析チームに分かれて、出てきたデータから遺伝子の機能を見いだす作業を一週間ほど行いました。私は解析チームで、機能解釈チームから、もっとこうした解析をしてほしいと提案されたものを反映して解析を行いました。夜にデータを解析して、昼間に遺伝子の機能について議論をするスタイル。国際色豊かな研究者が集まり、楽しみました。これが修士課程2年次の仕事です。この縁で、林崎良英先生のラボに入り、理化学研究所横浜キャンパスに隣接し、連携関係にある大学院(横浜市立大学)で博士号を取得しました。
―博士課程の時には、どのような研究をされていましたか。
シーケンス後のDNAを使って遺伝子の発現を調べるマイクロアレイ解析について研究しました。塩基配列を読み取るだけでなく、遺伝子の発現や働きについて読み解くための解析を行っていました。つまり今につながる測定技術の開発に従事していました。
―研究者として歩み始めてからも測定技術の開発をしてきたということですか。
新しい測定技術とデータ解析が交わるところで、ずっと仕事をしています。微少で定量化が難しい遺伝子の発現を捕らえたい。精度を上げるために、実験生物学者と組んで、独自の測定方法を開発してきました。
私たちの技術は、再生医療だけでなく、癌や創薬など幅広い分野で役立つと考えています。その分、世界中に手強いライバルがいます。良いものだけを追い求めるのが私たちのスタイルですが、それではデファクト(事実上の標準)を他に取られてしまう。そこで、次に何かを作るときは、問題意識をもっている(実際に役立つフィールドを持つ)チームを組もうと考えていました。1細胞単位の遺伝子発現測定なら、再生医療の有効性・安全性の向上に貢献できると考えていたところ、科学技術振興機構(JST)の再生医療実現拠点ネットワーク事業の公募があり、私たちの技術を再生医療に応用しようということで応募し、採択されました。ベストなタイミングでした。
―再生医療実現拠点ネットワーク事業の中では、情報科学をベースにしたユニークな取り組みとなりますね。
従来だと、データ解析で生物の研究をする人は、どちらかというと実験生物学者のお手伝い的な立場でした。しかし、私たちのラボは、測定技術が全く新しいもので、データ解析技術もオリジナル。データ解析学者と実験生物学者が同じ立場で議論をすることでシナジー効果を起こし、双方が最大限に力を発揮できるようなチーム体制にしています。現在では、次世代DNAシーケンサが開発されて、産出できるデータ量がぐっと上がりました。ゲノム研究が再び活気づいています。このブームは10〜15年周期で起きていて、前回はヒトゲノム計画やFANTOMなどの成果が出ました。
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二階堂愛(にかいどう いとし)氏のプロフィール
横浜市立大学大学院総合理学研究科修了。博士(理学)。埼玉医科大学ゲノム医学研究センター、理化学研究所発生・再生科学総合研究センターを経て、2013年4月より現職の理化学研究所情報基盤センターバイオインフォマティクス研究開発ユニット ユニットリーダーに就任。「インフォマティクスから始まるライフサイエンス」を目指し、シーケンスデータ解析技術と実験技術の研究開発をワンルーフで行なっている。
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