宇宙実験を利用した医学研究の例

── 2019年9月、「きぼう」でのタンパク質結晶生成実験を利用した、歯周病菌に関する論文が発表されました。どのような研究なのでしょう。

歯周病の薬は、多くの微生物も殺してしまいます。たとえば私たちの腸の中にはさまざまな有用な菌が存在していますが、歯周病の薬を飲むことで、そういった有用な菌も殺してしまうことがあります。有用な菌をできるだけ殺さずに、歯周病菌だけを殺したいというところから研究はスタートしました。

歯周病菌は、「ジペプチジルアミノペプチダーゼ（DPP）11」という酵素を使ってアミノ酸を細かく切り、栄養源にしています。DPP11は、歯周病菌が育つために重要な酵素なのです。この酵素の働きを妨げることができれば、菌の栄養源を絶って増殖を抑えることができます。

DPP11を持っているのは、歯周病菌が含まれるカテゴリーの微生物だけです。もちろんヒトも持っていません。そのタンパク質に結合する化学物質ならば、ほとんど副作用のない歯周病の薬になりえます。

また、人工呼吸器の管のところに多剤耐性菌が繁殖して、そのために肺炎が起きてしまうことがあります。その多剤耐性菌と歯周病菌とは、似たファミリーに属しています。将来的にはそのような、多剤耐性菌の薬にすることも目指しています。

── この研究で、宇宙実験はどのように関係しているのでしょうか。

何度か宇宙実験を行ってきました。まず2015年には、「きぼう」でのタンパク質結晶生成実験を通じて、DPP11のハサミの刃に当たる部分がどこにあるのかが明らかになりました。DPP11を地上で結晶化すると3オングストローム程度の分解能でしたが、宇宙で結晶化したものは1.5～1.6オングストロームの分解能になりました。この研究においては、宇宙実験がなくてはならないものでした。

［図3］地上で得られた結晶（左側）と宇宙で得られた結晶（右側）
出典：岩手医科大学/JAXA

宇宙実験によって明らかになった構造をもとに、DPP11に結合して働きを妨げる化学物質探しに着手することになりました。400万種類の化学物質が登録されているデータベースからDPP11に結合する化学物質を調べて絞り込み、さらにコンピュータで解析して13個の化合物まで絞り込みました。

結合するだけのものはけっこう簡単に見つけることができます。ただ歯周病菌だけを殺して、私たちの体内にいる普通の菌を殺さないというのが大切です。13個の化学物質で実際に歯周病菌だけを殺すかどうか確認したところ、SH5という化学物質が体の中の大腸菌を殺さずに歯周病菌を殺すという、かなり選択制の高い化学物質であることが分かりました。2016年には、DPP11とSH-5を結合させたものを宇宙実験で結晶化して解析し、SH-5がDPP11にどのように結合しているかを実験的に検証しました。

── 論文は山田さんも共著者の1人になっています。

ターゲットとなるタンパク質や化学物質が複数ある中で、それらをどのように組み合わせて打ち上げていくかなどといったディレクションを行うなど、宇宙実験の戦略を決めるために、研究者の方とかなり密接に検討してきました。また、打ち上げ前のサンプルの調整は技術者の方や学生さんが行っていましたが、その過程でどうしてもトラブルが発生します。それに関するコンサルティングも行うなど、研究チームの一員としてやらせてもらっています。

── 歯周病菌以外では、どのような研究がありますか。

たとえば、ネコ用の人工血液に関する研究があります。中央大学の先生の研究ですが、JAXAの研究者もかなり密接にコラボレーションしています。この研究では、遺伝子組換え技術で作ったネコ用人工血液の元になるタンパク質（ネコ血清アルブミン）を宇宙で結晶化し、構造解析を行いました。

宇宙実験の結果が、筋ジストロフィーの薬の設計に生かされている例もあります。筑波大学や第一薬科大学の先生の研究です。宇宙実験で得られた結晶から、筋ジストロフィーに関連するタンパク質と、薬の開発に重要な化合物の結合状態を確認しました。現在は臨床試験が行われています。

宇宙実験を利用するタンパク質の研究は医療用の他にも、産業用酵素や、生命現象に迫るアカデミックなものもあります。産業用酵素には洗剤に含まれる酵素や、植物のかすから価値の高い化学物質を取り出すための酵素などがあります。宇宙へ持っていくサンプルは半数以上が医療用のタンパク質で、残りを産業用酵素とアカデミックなテーマとで分け合っています。