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シグナル分子応答研究部門

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環境物質応答研究分野

研究内容

私たちを取り巻く環境には、多様な生物が生活しています。特に私たち人間は、高度に発達した各種の器官を有機的に連携させることにより、様々な生命活動を 営んでいます。私たち環境物質応答研究分野では、その様な生物の持つ高度な機能的役割の中で、特にヒト薬物代謝能力と植物による薬物吸収に着目し、これらを分子レベルで解析すると共に、組換え微生物、ヒト培養細胞、マウスを用いた安全性評価や、ナノセンサーによる超高感度な生体膜機能の解析、また、植物を用いた環境浄化などへの応用に向けた研究を展開しています。

 

ヒトの薬物代謝とは

私たちは、外界から食品の形で栄養素を摂取しています。これら食品中の各種成分は、ヒト体内で代謝され、それらはエネルギーや新たなヒトの体を形作る材料として利用されます。そういう意味では、私たちは常に外界から異物を取り込みそれを利用する運命にあるわけです。外界から取り込んだ総ての異物が、常に人の健康に対してプラスに働くとは限りません。例えば、それらは体内での薬物代謝反応により強力な発ガン物質へと変化する例も明らかになっているからです。

 

薬物代謝検出系の高度化と応用

私たちが食する様々な食品や医薬品といった外来性異物の中には、食品本来の成分と食品を生産中やその輸送中に意図せずに混在してしまった化合物や、ある特定の患者には強い副作用を示すような化合物があることが知られています。もしこれらがヒトの体内に入った場合、どの様な運命をたどるのかについて高度に予測できる検出系があれば、食品や医薬品の無用な危険性を回避する手段となります。そこで、この目的のため現在動物実験や機器分析法などが多用されていますが、これらはヒト自身を観察しているわけではありませんので新たな評価法が望まれてきました。

 

バイオとナノテクノロジーの融合

例え高度な機能を持つヒトでも、各機能を素要素に分解することによりその働きを具体的に知り得ることは可能です。そこで、ヒトの遺伝子情報を元に薬物代謝酵素チトクロームP450を大腸菌などの微生物へと発現させ、これらP450酵素タンパク質を超高感度なナノセンサーへと結合させる事により、それらを用いたヒトへの安全性を評価するという着想に至りました。これは、最近の急速なナノテクノロジーとバイオとの有機的連携により初めて達成される研究テーマです。

 

ナノテクノロジーを応用した人工生体膜の創製

P450を含む多くのタンパク質は、生体膜に結合した形で活性を持っています。生体膜は、細胞の内外を区切る障壁としてだけでなく、細胞の情報伝達、エネルギーの変換、防御、など様々な機能を担っています。そのため、現在使用されている薬の約半分は、膜タンパク質をターゲットにしていると言われています。私たちは、ナノテクノロジーを応用することで、生体膜の構造と機能を模した人工生体膜をシリコンやガラスなどのチップ表面に作製し、生体膜と環境中の物質、薬物などとの相互作用を精密に再現できるシステムの作製を試みています。

 

植物による環境浄化と汚染検出技術の研究

ダイオキシン類や内分泌攪乱化学物質(いわゆる環境ホルモン)類、また、ある種の残留農薬は、環境を広く汚染し、食物連鎖を通して生態系や人の健康へ影響を及ぼしていることが明らかになってきました。そこで、これら汚染物質を認識する受容体を植物に発現し、環境負荷化学物質のバイオアッセイを試みています。また、これら汚染物質に対して代謝能の高い遺伝子を導入した環境浄化型植物の作製を試みています。さらに、脂溶性汚染物質を効率よく吸収できる植物がもつ吸収メカニズムの解明に取り組んでいます。

 

環境物質科学研究室の研究目標

神戸大学バイオシグナル総合研究センター・シグナル分子応答研究部門・環境物質応答研究分野では、ヒト薬物代謝酵素を用いた安全性評価研究を推進すると共に、最先端のバイオ技術と高度なナノ加工技術の融合を目指しています。また、植物を用いた環境汚染の評価やその浄化などの新たな技術開発を行っています。

ストレス応答制御研究分野

研究内容

当研究室では主に昆虫を実験対象として、休眠や光周性(日長応答性)、体内時計、高温耐性などについて、分子レベルでの研究を行っています。特に、こうした生命現象における、環境シグナルやストレス刺激に応答する情報伝達機構の解明に焦点を当てています。昆虫の生きる仕組みを明らかにすることにより、害虫の防除と有用昆虫の資源利用への道を探索します。

1. 季節適応現象の研究

体の小さい変温動物の昆虫にとって、冬や夏の生長に不適切な季節を乗り切ることは、進化の過程において不可欠な性質であったと考えられます。当研究室では、昆虫が環境シグナルやストレス刺激に応答して休眠状態のオン・オフを決定する機構とその休眠プログラムの保存・伝達様式に関する研究をおこなっています。特に、日長を測る仕組み(季節情報の入力系)に関しては、分子レベルでの実態解明が進んでいないので、日長刺激に応答する遺伝子群を網羅的に解析することにより、関連因子の同定を目指しています。

2. 生物リズムの研究

多くの生物は、昼夜のサイクルに同調した1日周期の行動や生理活性のリズムを示します。当研究室では、生物リズムを利用した新たな害虫防除法の確立を目指して、主要な農業害虫であるチョウ目幼虫の薬剤感受性や解毒酵素活性などの日周リズムの解析を行っています。また、これらのリズムを制御する概日時計システムとその光受容機構についての研究も進めています。

環境遺伝子応答研究分野(客員分野)