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自然に学ぶ研究事例

第119回タンパク質の機能に学ぶウイルス耐性植物の創出
医療技術
生体機能
人工DNA結合タンパク質で病因をブロック
植物に感染し、病気を引き起こして枯らすDNAウイルス。 特別にデザインしたタンパク質により ウイルスの増殖を抑えることで発病を防ぐ、 タンパク質の機能に学ぶウイルス耐性植物の創出とは?
シロイヌナズナにおけるウイルス耐性実験の様子
シロイヌナズナにおけるウイルス耐性実験の様子

左端のものはウイルスを接種していない野生種で、左から2番目はウイルスを接種した野生種。右側の2つは人工DNA結合タンパク質遺伝子を導入した上でウイルスを接種したもので、ウイルス感染していない左端のシロイヌナズナと同等の発育を示し、発症していないことが明らかだ。上段は横から、下段は上から撮影したもの。

自然界にはさまざまな植物DNAウイルスが存在し、農作物などに多大な被害を与えています。ウイルスを媒介する昆虫を網で防いだり、殺虫剤を使うなどの処置がとられていますが、時間とコストがかかり、環境負荷の問題などもあって、あまり効果的な方法とは言えないのが現状です。感染自体を防ぐことは容易ではありませんが、感染してもウイルスを増殖させなければ発病しないのではないか。そんな視点から開始されたのが、ゲノム上のある特定のDNA配列に結合する能力を高めた人工DNA結合タンパク質によるウイルス感染の新しい予防法研究です。

植物細胞に侵入したウイルスは、植物のタンパク質を利用してウイルスゲノムを複製するタンパク質をつくり、自分の分身を大量につくりだします。こうして増殖したウイルスによって、植物は病気になり、商品価値のない作物になったり、収量が著しく落ち込むことになり、多大な経済的損失をもたらしています。そこで、ウイルスゲノムを複製する過程をブロックすることで、増殖を防ごうと考えたのです。

そして開発されたのが、ウイルス複製タンパク質がウイルスゲノム上に結合することを阻害する、人工DNA結合タンパク質です。これは元々ガン治療薬として、ガンの遺伝子のみと結合してブロックし、ガンの増殖を防ぐ目的で開発した成果を植物用にアレンジしたものです。

すでに、モデル植物であるシロイヌナズナにおいて、ウイルス感染を完全に防げることが実証されています。また、トマト黄化葉巻ウイルスに対しても実験が行われています。人工DNA結合タンパク質を導入したトマトはウイルスに感染しても発症せず、免疫性を持つことが明らかになりました。そして、さまざまな作物に適用する研究も進められており、発展途上国の食料問題の解決に貢献することが期待されているのです。

世良貴史 教授

岡山大学 大学院自然科学研究科

サイエンスの面白さを社会に伝えたい
私の元々の専攻は合成化学ですが、分子の柔軟性が高いタンパク質を利用して特異性のあるガンの治療薬をつくりたいと思ってアメリカに留学しました。そして、タンパク質を自由にデザインする技術を独学で習得し、がんの遺伝子だけと結合してブロックする人工DNA結合タンパク質を開発しました。この研究はその延長線上にあり、植物においてウイルスの増殖をブロックすることで食料の生産性をあげ、食料問題の解決に寄与できると考えたのです。 研究は難しいことが高尚だと言う人もいますが、私は小学生でも理解できるような科学が一番すごいのではないかと思っており、一般の方々にサイエンスの面白さをわかってほしいという思いで研究を進めています。これからは、いろいろな分野の研究者とも協力して、皆が納得して喜んでくれる技術開発を成し遂げたいと思っています。

トピックス
植物ウイルスの種類は、国際ウイルス命名委員会が承認したもので約1000種類、日本国内では300種類以上が報告されているといいます。ウイルスに感染した植物は、モザイク病、えそ、萎縮、黄化、葉巻など、さまざまな症状が現れます。たとえば、キュウリモザイクウイルス、タバコモザイクウイルスなど、作物名が付けられて分類されていますが、それ以外の作物に感染しないかというと、必ずしもそうではないそうです。つまり、多種多様な植物ウイルスが、さまざまな植物に被害を与えており、この技術が将来、そうした問題解決に役立つことが期待されているのです。また、農業分野以外でも、ガン治療薬、遺伝子治療などに人工DNA結合タンパク質を利用する技術が注目されています。
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