経頭蓋非侵襲光刺激を可能とする光遺伝学ツールの探索

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K19630
• Research Institution: Saitama University
• Principal Investigator: 冨岡 寛顕 埼玉大学, 教育学部, 教授 (50212072)
• Project Period (FY): 2017-06-30 – 2021-03-31
• Keywords: 光遺伝学 / 脳科学 / 微生物型ロドプシン / イオン輸送 / 膜電位 / 光受容蛋白質 / イオンチャネル / イオンポンプ

Outline of Annual Research Achievements

光感受性のイオン輸送膜蛋白質を神経細胞に発現させて、光照射により神経細胞を操作するという光遺伝学は2005年に最初に報告された。その技術は瞬く間に全世界に広がり、現在では当たり前の技術となっているが、未だ発展途上である。この光遺伝学をさらに発展させるためには、その方法の根幹をなす光感受性の蛋白質（ツール）の開発研究が重要である。光遺伝学の最初の論文では青色光により開口し、陽イオンを透過させるチャネルロドプシン２という緑藻クラミドモナス由来の微生物型ロドプシンがツールとして用いられた。その後も光遺伝学では種々の微生物型ロドプシンが用いられ、吸収の長波長化、光反応時間短縮、光感受性向上、発現量上昇、膜移行量の向上が、自然界の探索から得られた新規ロドプシンの研究や変異体作成により図られてきた。本研究は、新規のツールになりうる微生物型ロドプシンを求めて自然界の中でも極限環境を探索するというものである。地球上の極限環境の一つである高塩濃度環境から有望な株は現段階までは得られていない。この研究過程であまり着目されてこなかった新たな極限環境から新規のツールが得られる可能性を示唆するデータを得た。その極限環境の候補地は立ち入りが自由な場所ではなく、その所有権者を突き止めるのに時間を要したが、その場所への立ち入りの許可も得られたので、準備を進めていた。その準備期間中に試料採取予定地にオリンピック工事に伴う残土が搬入され採取が不可能となった。そのために採取候補地を選び直し再交渉することが必要となり、当初の予定より遅れたが、幸い新候補地からの採取に成功し、有力な微生物候補を３種得た。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

高塩濃度環境からは有望な株はまだ得られていないが、今後も粘り強く続けていく。研究の過程で、異なる極限環境での探索が有望であることを示唆するデータを得た。探索準備に入ったが、候補地の絞り込みに時間を要した。その候補地は民間所有地であり、所有権者を突き止めるのとその場所への入場と試料採取の許可を得るのに時間を要した。このようなことはよくあることである。その極限環境の候補地への立ち入りと試料採取の許可も得られたので、準備を進めていた。その準備期間中に思わぬことが起きた。試料採取予定地にオリンピック工事に伴う残土が搬入され採取が不可能となった。そのために新たに採取候補地を選び出し、試料採取の許可を得ることが必要となり、当初の予定より遅れることとなった。幸いその後は比較的スムースに進み新候補地からの採取に成功し、有力な微生物候補を３種得るところまでこぎ着けた。

Strategy for Future Research Activity

塩濃度の高い極限環境からの新規の微生物の単離は粘り強く継続する。新たな極限環境から得た３種の有力候補の純粋培養には成功したので、ある程度の菌体量を得て、DNA抽出を行いゲノム解析を行い、新規のツールに結び付くような蛋白質のアミノ酸配列の情報を得る。この研究は代表者が一人で進めている研究であるが、卒論や修論と関連する作業部分などは教育も兼ねて学部学生と大学院生と共に行い、慣れてきたところで単純な繰り返し作業などは手伝ってもらっている。ここ数年の傾向であるが院生も含めた学生の学力及び意欲の低下が著しく、作業の信頼性の確保のための付き添い見守り時間の増加、一般授業の質疑応答などに費やす時間の増加もあり、研究の進行が遅くなった。そのため可能な範囲で受託サービスなども視野に入れ活用する計画である。人材確保が難しいが、研究員を雇い手伝ってもらい進めていく。

Causes of Carryover

本研究で鍵となるのは自然界から新規の微生物を得るということである。当初は自然界、中でも高塩濃度環境という極限環境からの微生物の採取を予定し進めていたが、現時点までに有力な候補は得られていない。しかしその過程で異なる極限環境から新規の微生物が得られるかもしれないことを示唆するデータが得られた。その新極限環境である試料採取地は民間所有地で交渉の末に採取可能までこぎ着けたが、準備を進めている間に採取予定地にオリンピック工事に伴う残土が搬入され試料採取が不可能となった。そのために採取地を新たに選び交渉することが必要となり、当初の予定より遅れた。この研究は代表者一人で進めるものであるが、学部生や大学院生と一緒にやりながら教えて、実験に慣れたところで、繰り返し作業などは手伝ってもらうという形で進めてきた。しかしながらここ２年は学部生や大学院生の学力及び作業遂行能力の低下が著しく予定より遅れた。次年度は研究員雇用と受託サービスなどのマンパワー不足の改善に支出する計画である。