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かつては有効な対処法がなく死の病と恐れられていた結核。
この病から多くの命を救ったのが１９４３年に発見されたストレプトマイシンという抗生物質でした。
原因となる結核菌を抗生物質がやっつけてくれるのです。
発見した研究チームのリーダーワクスマンはノーベル賞を受賞。
でも…忘れてはいけないのが放線菌。
ストレプトマイシンを作っているのはこの微生物なんです。
放線菌はこの７０年間で薬のもととなる物質を８，０００種類も作り出してきました。
薬だけではありません。
驚きの新素材まで作ってしまうんです。
放線菌は…すごい物質を次々と作り出す不思議な放線菌の世界にご案内します。
放線菌って今回私初めて知ったんですけどいろいろなものを作ってくれるんですね。
結核だけじゃなくていろんな薬を作ってくれてたんですね。
その放線菌が作った主な薬紹介しましょう。
先ほどのストレプトマイシンのほかにバンコマイシンという薬もありますね。
このバンコマイシンは１９５６年に発見されて８０年代に耐性菌が問題になるまでは最強の抗生物質だったんですよ。
へえ〜。
そして抗がん剤もありますね。
代表的なものがドキソルビシン。
これがん細胞のＤＮＡを切断してくれるので広く治療に使われてるんですね。
そんなすごい放線菌に今回私が会いに行ってきました！奈央さんが向かったのは雑木林のある公園です。
どの辺りでしょうか？もうちょっと先？放線菌は土壌中にたくさんいるといわれてまして。
ですからまあこの辺…こういうとこにいるんですか？放線菌。
へえ〜。
「放線菌がたくさんいる土がいいですよね」って…。
あれ？突然ニオイを嗅ぎ始めましたよ。
あ〜はい。
私の知ってる土のニオイですけど放線菌が作り出してたんですね。
はい。
土臭いニオイは放線菌が作るジオスミンという物質。
このニオイがする所は放線菌が多いんです。
この土の中にどんな放線菌がいるのか？採取した土を田村さんの研究所で調べてもらう事にしました。
こちらが放線菌の実験室になります。
本当だ。
放線菌実験室。
専用の実験室があるんですね。
持ち帰った土は自然乾燥させたあとこの機械に入れるんですがこれ実はオーブンです。
ふ〜ん。
放線菌は胞子を作るので熱に強く１５０度まで耐えられるものもいます。
熱でほかの菌を殺す事で放線菌だけを選別します。
オーブンで熱した土を…それでは１週間培養したのがこれになります。
お〜。
だいぶ様子変わりましたね。
はい。
白くコナコナしたのが放線菌になります。
白いのが？はい。
実に１００種類以上もの放線菌が隠れているそうです。
ここから取り出した放線菌全て違う種類です。
顕微鏡でのぞかせてもらうと…。
お〜。
こんな形してるんですね！はい。
何かかわいい。
バネみたいになってますね。
バネのようなものやまっすぐなもの先だけクルクルッと巻いているものなど種類ごとに形もさまざま。
そして中には抗生物質を作ってしまうものまでいたんです。
抗生物質を作ってる菌はこのように菌を殺してしまってハローができるんですね。
本当だ。
見せてくれたのは菌の生えたプレート。
放線菌の周りだけ透明になっていて菌がいません。
放線菌が抗生物質を出して菌を殺している証拠です。
そこら中にある放線菌からこういうふうに抗生物質の生産菌というのは採る事ができます。
へえ〜。
まさか公園から採ってきて薬とかに使えるなんて思ってもみなかったです。
普通の公園で放線菌採ってきたんですけどああいう身近にある菌が抗生物質を作ってるなんて知らなかったので本当びっくりしました。
何かこう普通に雑木林に行ってスコップで掘ってそこに放線菌がいて彼らが抗生物質を作ってくれる。
そう。
ちょっとびっくりですよね。
はい。
それで今日はこのスタジオが森の中っていう事ですか？はい。
この土の中に放線菌がいる訳なんですよね。
お〜！今度は土の中に移動したって事ですか？ちょっとねさっきから土のニオイがするような気がするんですが…。
あっ気が付きました？実はこのニオイ私が研究室から借りてきた放線菌のニオイなんですよ。
いいですか？これ。
はい。
あっ本当これ土の香りだわ！ですよねまさに。
色がすごいですねたくさんあって。
結構カラフルですよね。
本当まさにいろいろっていう感じですよね。
絵の具みたいですね。
例えばこの紫色の放線菌なんですけどこれはストレプトマイセスという種類のものです。
紫に見えてるのは…抗生物質が色なんですね。
ここからは専門家の方と一緒に進めていきましょう。
東京大学の醗酵学研究室で放線菌などの微生物を研究していらっしゃいます。
大西康夫さんです。
放線菌って本当にいろんな種類がいますよね。
今までで２，８００種くらいは知られてるんですけれども作ってる化合物も実にいろんなものを作っておりまして人類に役に立つものをたくさん作ってる菌だという事が言えると思います。
原核生物ですか…。
生物は大きく２つに分ける事ができるんですね。
１つはＤＮＡが細胞の中でむき出しになっている原核生物です。
もう一つはＤＮＡが核に収まっている真核生物です。
私たち人間ですとか植物などの高等な生物は真核生物の仲間。
一方放線菌は原核生物。
大腸菌ですとか納豆菌などと同じいわゆる細菌のグループ。
放線菌は原核生物の中で最も進化した生物という事ですね。
普通の原核生物っていうのはいわゆる単細胞。
一匹一匹は生きてるんですけど放線菌は菌糸状にカビのようにつながって生きているんですね。
更に胞子を作るっていう非常に複雑な生き物です。
あと持ってる遺伝子の数も大変多いんですね。
同じ仲間の大腸菌枯草菌に比べて倍近い数の遺伝子を持っています。
この余分に持ってる遺伝子の中には抗生物質とかいろんな化合物を作る遺伝子がたくさん含まれています。
なのでそういう薬を作るというような面での応用研究で非常に重要な菌という事になりますね。
でもストレプトマイシンが発見されてもう７０年くらいたってる訳ですよね。
でもまだ放線菌の研究というのはホットな分野なんですか？はい。
世界中で放線菌の研究盛んに行われています。
今でも毎年のように新しい放線菌がどんどん見つかってきてる訳なんですね。
これは？毎年一年に見つかった放線菌の数がグラフにされてるんですけど最近ですともうどんどん昔に比べて見つかる放線菌の数が増えてきてます。
…って事は新しい薬もどんどん見つかっていくっていう感じなんですか？ところがそううまくはいかないんですね。
新種の発見数は増えていってるんですけれども新しい化合物の発見数というのは頭打ちになってきています。
どうして頭打ちになってるんですか？これは一つ昔見つかったのと同じようなものが見つかるというところが一つ大きな原因になってます。
あと新しい薬を作るという事に関しましては薬…実際作る時に大きな壁がありまして新しい化合物が見つかったら新しい薬になるという訳ではないんですね。
薬にならなかった多くの物質を薬として生かす事はできないか。
濱野吉十さんが挑んでいる研究テーマです。
ターゲットはストレプトマイセス・ローケイという放線菌。
この放線菌は７０年前にストレプトスリシンという抗生物質を作る事が分かり新薬の候補として期待されていました。
大腸菌が載った培地にストレプトスリシンを載せたプレートです。
周りの大腸菌が死んでいます。
確かに薬としての能力は備えています。
ところが一つ問題が…。
酵母にも殺菌作用を示しています。
実はこれちょっとまずい事なんです。
原核生物の大腸菌に対して酵母は真核生物。
人と同じグループなので毒性が出る可能性が高いんです。
実際に人の細胞への毒性も確かめられています。
そのため新薬にはなれませんでした。
この毒の効果を消し薬の効果だけを残す事はできないか？濱野さんが目をつけたのは分子構造でした。
細胞への攻撃に関わっている部分は主に２か所知られています。
その一つが…ストレプトスリシンの中にはβ−リジンが複数ついたものがあります。
調べてみるとこれが多いほど細胞を殺す働きが強くなる事が分かりました。
つまり細胞への攻撃を加速するアクセルのような働きを持っている部分です。
もう一つがラクタム環。
五角形と六角形を組み合わせた構造です。
開いたものは毒にも薬にもならない事が知られていました。
攻撃を抑えるブレーキのような役割を持っている部分です。
β−リジンでアクセルを踏みラクタム環を開いてブレーキをかける事で…しかしこのような物質はほとんど存在しません。
そこで…。
これがＳｔｔＨという酵素でこれを使ってラクタム環を開く事ができます。
濱野さんはラクタム環を無理やり開く作用を持った酵素を探し出してきたのです。
これで準備完了です。
まずはストレプトスリシンからβ−リジンが複数ついたものを抽出します。
これに酵素を作用させラクタム環を開いてみました。
すると大腸菌は攻撃しつつ酵母には無害なものが見つかったのです。
これはβ−リジンが３つのものでした。
現在濱野さんは薬としての効果を更に上げるためこの現象の解明に挑んでいます。
そして効果が高くて無害なストレプトスリシンを放線菌から直接作り出すのが目標です。
今行ってる研究も含めていろんなアプローチでそこを解明していけば…放線菌が作ったものにちょっと手を加える事で使えるようになるっていうのはすごいですね。
そうですね。
先ほどの濱野先生は微生物から見つけた酵素を使ってストレプトスリシンという薬を変えたというお話だったんですけど今では更に微生物を放線菌の中で薬を作る設計図がある訳ですね。
その設計図を明らかにしてその設計図の一部分をどんどん人工的に変えていくという事で新しい化合物を作り出すという研究が盛んに行われています。
これまで見捨てられていた９９．９％ですか？はい。
その中から新薬が出てくると多剤耐性菌への対策なんかも進みそうですか？そのとおりですね。
世界中で抗生物質が効かなくなってしまった病原菌が出てきて非常に困っている訳なんですね。
新しい薬が見つかればそういう多剤耐性になってるものもやっつける事ができると。
更にいくつかたくさんの薬を組み合わせて使う事で耐性菌が出ないような…まあ一種の予防といいますかそのような使い方をしていく事が今後重要になってくると考えられてます。
今度は全く別の方法で放線菌に新しい物質を作り出してもらおうという研究です。
放線菌研究の第一人者越智幸三さんです。
かつて研究室で偶然発見された現象に衝撃を受けたといいます。
…と言って持ってきたんですね。
ほぼ瞬間的に…研究員が扱っていた放線菌は通常はストレプトマイシンを与えると死んでしまいます。
しかしたまに耐性を持ち生き残る事があります。
この耐性を持った放線菌を分離して育てたところ通常は作らない青みがかった物質を大量に作り出す事に気が付いたのです。
越智さんは放線菌と抗生物質を掛け合わせおよそ１，０００種類の耐性菌を作ってみました。
するとなんとその半数が通常は作らない物質を作り始めたのです。
その中のセリカラーという放線菌とリファンピシンという抗生物質の組み合わせ。
この菌が作った物質を分析してみると全く新しい抗生物質があったのです。
破傷風菌やボツリヌス菌などに効果が高くピペリダマイシンと名付けられました。
まだ試されていない抗生物質と放線菌の組み合わせは膨大です。
越智さんはこの方法に大きな期待を寄せています。
眠っている遺伝子を目覚めさせるってこれどういう意味なんですかね？そのカギになるのが休眠遺伝子です。
休眠遺伝子？はい。
こちらをご覧下さい。
これらの放線菌は５種類から１０種類の物質を作る事が知られています。
ですが放線菌の遺伝子からどれだけの物質を作る事ができるのか推定したところこんなにたくさんの物質を作り出す能力が隠れていた事が分かったんです。
（大西）そうですね。
平均すると化合物を作る遺伝子の８割ぐらいは眠っている休眠遺伝子だというふうに考えられます。
何かまだ放線菌の本当の実力を分かってなかったような感じしますね。
この休眠遺伝子ですか？これが起きると新しい抗生物質を作り出すという事なんですね？はい。
こちら見て頂きましょう。
リボソームは細胞内小器官の一つです。
ＤＮＡから伝わってくる遺伝情報設計図を基にタンパク質を組み立てる。
いわば組み立て工場のような器官なんです。
抗生物質が効くという事はこういった組み立て工場を動かなくしてしまうという事なんですね？そうですね。
遺伝子が目覚めてる放線菌というのはこの組み立て工場が抗生物質に耐性になって抗生物質があってもよりしっかり動くようになってるという菌になってます。
このように耐性になったリボソームを持っている菌というのは…ただちょっと一つそこから先分からない事がありましてどうしてタンパク質を作るリボソームに変異が入ると眠ってる遺伝子が起きるのかというところはまだ分からない点なんです。
へえ〜。
そうですね。
ほかにいくつかありましてこちらをご覧下さい。
これは複合培養というふうに名前を付けられた培養なんですけど右側にあるのが放線菌です。
左側は別の種類の細菌がプレートの上に植えられてるんですけれどもこの２つの微生物が近くで触れ合って育ってる時にだけ放線菌がこの赤色の抗生物質を作り出してる訳なんですね。
ほかの菌と一緒に植える事で初めて眠ってる遺伝子が起きて抗生物質が作られてるという。
このような方法があります。
これ何か陣取り合戦やってるような感じですよね。
そうですね。
抗生物質ってそもそもなぜ作るかって分かってなくて一ついわれてるのは…ただほかの菌を殺さないような化合物も放線菌ではたくさん作っていまして周りの菌をやっつけるだけでは説明がつかないというふうに考えられてきてますので今一ついわれてる説としましては…何かそういうところで抗生物質のような化合物が役に立ってるんじゃないかというような事も説としていわれております。
えっどんな話してるんですか？まあ元気になれとかそんな事かもしれないですけど。
え〜！不思議ですね。
さてこれまでは放線菌を使って新しい薬を作ろうというお話でした。
今度は薬以外のものを作ろうという研究です。
去年驚きの新物質が発表されました。
開発した有機化学が専門の金子達雄さんも放線菌に目をつけていたのです。
これは放線菌の遺伝子を利用して作りました世界で初めてのバイオプラスチックです。
石油を使わない…優れた耐熱性能が注目を集めています。
隣に並べた広く使われているバイオプラスチックのポリ乳酸。
およそ７５度で形が変わってしまいます。
１９０度になると完全に溶けてしまいました。
一方今回開発されたＰＩ−１には変化がありません。
２５０度でもへっちゃらです。
試験の結果３９０度まで耐えられる世界最高の耐熱性能を持ったバイオプラスチックである事が分かりました。
ただ実用化には問題があります。
それは原料のアミノ桂皮酸。
芳香族アミンという独特な構造が入っています。
このような物質は自然界にはほとんど存在せずこれまでは１キロ１０万円と非常に高価だったのです。
放線菌を使えば効率よく作れるはずだ。
そこで金子さんが相談したのが微生物の専門家高谷直樹さんでした。
芳香族アミンを作り出す数少ない生物…この放線菌が作るのは…原料のアミノ桂皮酸と非常によく似ています。
原料はコリスミ酸という物質。
これは大腸菌がブドウ糖から作ってくれます。
また酵母を使えばアミノフェニルアラニンをアミノ桂皮酸に変換するのも簡単です。
この大腸菌と放線菌と酵母を組み合わせればブドウ糖から一気にアミノ桂皮酸を作る事ができるのではないか。
高谷さんは生産性の高い大腸菌に放線菌と酵母の遺伝子を組み込む事にしました。
まず放線菌と酵母から取り出した遺伝子を大腸菌と混ぜます。
これに専用の装置で電気を流します。
すると不思議な事に取り出した遺伝子が大腸菌に組み込まれてしまうのです。
この大腸菌をブドウ糖を入れた培養液で培養してみたところ…高谷さんの作戦は見事成功。
アミノ桂皮酸が出来ました。
この方法なら１キロ１０万円していたアミノ桂皮酸を２，０００円程度で作れるようになるはずだと見込んでいます。
こうして開発された耐熱性能に優れたＰＩ−１。
今車への応用が期待されています。
耐熱性が求められるエンジン周りの部品などをこのＰＩ−１で置き換える事ができれば大幅に軽量化できます。
更に透明性や強度も高いためフロントガラスへの応用も期待されています。
試算ではこの軽量化で燃費が１割よくなると見込まれています。
プラスチックまで作れるんですね。
そうですね。
これどうして安くできるんですか？石油から化学合成するとステップも多かったり難しい反応があったりとかで手間がかかる訳なんですね。
一方微生物の方では…という事でかなり安くなると。
放線菌ってまだまだほかにもいろいろ応用できそうですよね？そうですね。
まだまだいろんな可能性を持った菌だと思います。
例えばこちらをご覧下さい。
うわっ何だこれ？すごい勢いで泳ぎ回ってるというか。
（大西）そうですね。
これはアクチノプラネス・ミズーリエンシスというちょっと変わった放線菌なんですけれども…この速さは泳ぐ微生物はたくさんいるんですけども…速い！すごいスピードですね。
まあこういった研究がひょっとしたら将来マイクロマシーンなんていう小さなものが例えば体の中で働くマシーンを作ろうというような時の…放線菌ってあまり耳にしない言葉ですけどもこんなに人類の役に立ってるんですね。
そうですね。
ただ放線菌自身は別に人の役に立とうと思って生きてる訳ではなくて土の中で一つ一つが命として生きてる訳ですね。
その放線菌の生き方だったりその能力に人が学ぶといいますかその能力を信じてそこから人の役に立つところを引き出してきてそれを使えばいろいろ今後いい事があるんじゃないかと。
そんなふうに考えています。
大西さんどうもありがとうございました。
ありがとうございました。
それでは「サイエンスＺＥＲＯ」。
次回もお楽しみに！2015/01/11(日) 23:30〜00:00
ＮＨＫＥテレ１大阪
サイエンスＺＥＲＯ「夢の化学工場“放線菌”」[字]

抗生物質や抗がん剤を生む細菌“放線菌”。この機能を最大限に発揮させ、新しい化学物質や高性能プラスチックなどを作る「夢の化学工場」にしようという技術を紹介する。

詳細情報
番組内容
１９４３年に発見された結核の特効薬ストレプトマイシンをはじめ、抗生物質や抗がん剤など、さまざまな薬を生みだしてきたのが“放線菌”。非常に進化した細菌で、遺伝子の量が多いのが特徴だ。その放線菌に新しい技術を導入することで、さらに多くの種類の抗生物質などが得られるようになってきた。また、放線菌から超高性能プラスチックの原料も作れるという。放線菌をいわば夢の化学工場にしようという新しい技術を紹介する。
出演者
【ゲスト】東京大学教授…大西康夫，【司会】南沢奈央，竹内薫，【キャスター】江崎史恵，【語り】中山準之助

ジャンル :
ドキュメンタリー／教養 – 自然・動物・環境
ドキュメンタリー／教養 – 宇宙・科学・医学
ドキュメンタリー／教養 – 社会・時事

映像 : 1080i(1125i)、アスペクト比16:9 パンベクトルなし
音声 : 2/0モード（ステレオ）
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