私達の研究室では、ドラえもんのスモールライトで自分達がナノ・マイクロメートルのサイズまで小さくなってタンパク質を見に行くかのように、光学顕微鏡による観察や生化学実験を通して生物らしい「動き」を検出しています。生体内ではタンパク質やその集合体が回転運動や往復運動など興味深い動きを繰り広げています。どのようにしてそれらの動きが生まれるのか、また動くことによって何が起きるのかを探っています。具体的には、生体内のエネルギー通貨とも呼ばれるアデノシン三リン酸を合成する反応を触媒するATP合成酵素の一部分であるF1-ATPaseの回転や、哺乳類の気管から異物を排出する粘液を動かす機能をもつ多数の繊毛のむち打ち運動に着目しています。我々はとくに、3次元の動きとタンパク質内の2次構造配置変化に踏み込んで可視化することに挑戦しています。

酵素上で起こるひとつひとつの出来事を通じて、生物がもつ仕組みを手に取るように理解する

タンパク質の動きの源は生体内で起こる化学反応から得られる自由エネルギーです。そこで、タンパク質上で起こる一つ一つの”出来事”すなわち反応の素過程を捉えることで、動きとの因果関係、ひいては仕組みの理解につなげることができると考えています。例えば基質分解反応であれば、酵素や基質に目印を付けて観察することや、分光器で吸光度・蛍光強度の変化を測ることでタンパク質への結合、切断、解離の素過程を理解していきます。

マウス飼育、大腸菌培養から顕微鏡開発まで

私達の研究室で行う実験はマウス飼育関連の作業や大腸菌培養など完全にウェットな生物実験から、光学系の調整、画像解析などドライな物理実験まで多岐に渡っています。研究室メンバーは自分の得意な分野で活躍しています。構造・反応・機能の時空相関という軸を大切にしながら、分野の垣根を超えて研究が発展しています。

生物の動きや機能は傑作といっていいほど面白いものばかりです。小学生の自由研究で見たあのミジンコや微生物の動き、大ヒット本「へんないきもの」のワクワク感の延長線上にあると言っても過言ではありません。あまりに精巧にできているので時として畏敬の念すら抱くほどです。それを見に行くのは決してたやすくはなく、突き詰めるともしかしたらしんどくなることもあるかもしれません。しかし、そのためにともに切磋琢磨した研究仲間は一生の財産になります。日常生活では決して想像もできないような生物のマイクロ・ナノの世界に足を踏み入れてみませんか？