八面六臂！DNAは分野を超えて愛される？信州大学×理化学研究所の連携研究室誕生産学官金融連携

 「面白そうなことなら何でもやります！」そう笑顔で話す金山直樹准教授は、2016年3月まで、理化学研究所でバイオ関連分野の研究を続け、2016年4月、信州大学との連携研究室設立に合わせ、信州大学大学院総合工学系研究科（兼工学部物質化学科）准教授として着任しました。

 専門はＤＮＡを中心とした生体関連高分子化学。ＤＮＡと聞くと、誰しも「生物の遺伝子情報を持つ神々しいもの」と思うはず。それ以外の側面を思い浮かべる人は多くはないでしょう。しかし、そのＤＮＡに、昨今、研究の“新たなツール”として各方面から熱い視線が注がれている」といいます。

 「ＤＮＡはその塩基配列を適切に設計したり、化学的に修飾したりすることで、まさに“八面六臂”の活躍をしてくれるようになります。遺伝子診断やバイオマテリアルといった医療分野から、物理や情報、工学、環境、エネルギー分野に至るまで、そのフィールドは様々です。ＤＮＡは周辺環境によって“変わった振る舞い”を示すことが分かっています。その原理が徐々に解明されてきている今、それを上手に利用しようと世界中の研究者がしのぎを削っています」このように、金山准教授は、ＤＮＡをひとつの化学物質として扱い、その特性を活かした新しい材料や技術の開発を行うという研究を行っています。

 その一例で、ＤＮＡを使って環境汚染物質である「水銀」を検知するという技術について伺いました。もととなったのは、ＤＮＡがある条件下でみせる以下のような“不思議な現象”。金の微粒子にＤＮＡを固定化した粒子（ＤＮＡ金ナノ粒子）を、水溶液中に分散させます。溶液の色は最初は「赤」ですが、これにどんどん塩を加えていくと、固定化したＤＮＡが完全相補鎖（※1）である場合には、粒子が凝集・沈殿し、溶液の色が「赤色」から「薄紫色」に変化します。しかし、ＤＮＡの末端塩基配列にたった1対でもミスマッチの配列を作ると、粒子は分散した状態を保持し、溶液の色は「赤色」 のままで変化しません。

 こうした“現象”を応用して、ミスマッチを含む塩基配列を適切に設計したDNA金ナノ粒子を塩水に分散させた溶液（赤色）を作ります。そこに、環境汚染物質である「水銀イオン」を加えると、ＤＮＡのミスマッチ部分に水銀イオンが取り込まれます。すると、ミスマッチ配列のあるＤＮＡ金ナノ粒子であっても完全相補鎖の場合と同じように粒子が凝集・沈殿を始め、溶液が素早く「薄紫色」に変化するのです。

 このＤＮＡ金ナノ粒子を用いれば、特別な測定装置やエネルギーを用いることなく、溶液に混ぜるだけで、有害な水銀イオンを目視で検出することが可能となります。また、ＤＮＡの配列設計を工夫することで、他の有害物質の検出も可能になるそうです。

 このＤＮＡ金ナノ粒子の設計と合成を行ったのが金山准教授で、理化学研究所の特許技術のひとつとして登録されているそうです。

※1）相補する配列とは、塩基Ａに対してＴ，Ｇに対してＣが対応する配列のこと。完全相補鎖とは、塩基数が等しく、配列が全部相補するＤＮＡのことを指す

 連携研究室での共同研究第1弾として現在進めているのが、天野良彦学術研究院（工学系）教授、水野正浩学術研究院（工学系）助教の酵素研究とのコラボレーション。

 天野・水野研究室のテーマのひとつに、「おがくず」などを使ったバイオマスの分解を促進する酵素の研究があります。「ＤＮＡを上手に活用することで、異なる種類のバイオマス分解酵素を複合化して分解機能を高めることが期待できます。」と天野教授。

 また、共同研究第2弾として、伊原正喜学術研究院（農学系）助教の藻の育種研究をサポートする新しいバイオ高分子素材の開発に関する研究がスタートしています。部局を超えた異分野融合研究に期待が膨らみます。