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昆虫の性フェロモンに反応する人工細胞センサー

2014.02.17

 東京大学先端科学技術研究センターの神崎亮平教授と千葉大学大学院工学研究科の藤浪眞紀教授、筑波大学生命環境系の中谷敬・准教授らの研究グループは、昆虫の性フェロモンに反応する「人工細胞センサー」の製作に世界で初めて成功したと発表した。加工した脂質の袋状の膜内に、性フェロモンと結合する受容体タンパク質を作り出す遺伝子などを封入したもので、遺伝子を変えることで性フェロモン以外の“匂い物質”に反応する人工細胞を作ることも可能だという。

 昆虫の性フェロモンは、繁殖行動を目的にメスがオスを呼び寄せるために放出する化学物質で、これを受容するタンパク質(レセプター)がオスの触角の「嗅受容細胞」の細胞膜に存在している。このレセプターが性フェロモンの物質と化学結合することで細胞膜に電気信号が発生し、それが最終的に脳に伝えられて“匂い”が感知されると考えられている。

 研究グループのうち、千葉大学の藤浪教授と豊田太郎准教授(現東京大学大学院)らは、脂質の2分子構造(ベシクル)からなる袋状膜を作り、さらに保護のために「ポリエチレングリコール」という高分子化合物を結合させて、人工細胞を作製した。東京大学の神崎教授らは、カイコガの性フェロモンのレセプターを作る遺伝子(RNA)を人工細胞内に封入した。この膜内にはほかに、昆虫細胞を膜成分と遺伝物質を取り除いてすりつぶした抽出液や、タンパク質の合成・運搬などの働きをする「小胞体」も内包した。

 筑波大学の中谷准教授らは、カイコガの性フェロモンの1つ「ボンビコール」という分子をこの人工細胞に添加して、膜に取り付けた電流測定装置で電流を検出することで、導入した遺伝子がレセプターを作り、機能していることを確かめた。合成されたレセプターは人工細胞の膜上に局在していることも観察できたという。

 現在“匂い”センサーとしては主に、匂い分子の吸着と表面反応によって電気抵抗値が変化することを利用した“半導体”式のもの、匂い分子が表面の感応膜に吸着することで低下した共振振動数から匂い濃度を計測する“水晶振動子”式のものがある。今回の「人工細胞センサー」は、これらに代わる新方式のセンサーとして開発が期待され、農業や環境、バイオ・医療などの多くの分野で活用が見込まれる。

 研究論文“Giant vesicle functionally expressing membrane receptors for insect pheromone” は『ケミカル・コミュニケーションズ(Chemical Communications)』(オンライン版)に掲載された。

人工細胞センサーの概要図
人工細胞センサーの概要図

 人工細胞内に入れた遺伝子(BmOR1、BmOrco)によって受容体タンパク質(Bombykol)が作られ、膜上に組み込まれることで性フェロモンの「人工細胞センサー」となる。

(提供:東京大学など)

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