特集:バイオテクノロジーのイノベーションPart1
-単細胞解析をめざしたバイオと異分野の融合がもたらすブレークスルー技術の新潮流-
　特集にあたって・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・5
　Frontier of the Systems Biology-Towards the Understanding of Life Systems-

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　植田充美

京都大学　大学院農学研究科　応用生命科学専攻　生体高分子化学分野　教授　


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　植物細胞レーザー加工技術の開発とその応用・・・・・・・7

　Development of LASER Micro Processing for Plant Biotechnology

　　　　　　　　　　　　　　　　 小林昭雄　*1　　梶山慎一郎　*2

*1大阪大学　大学院工学研究科　応用生物工学専攻　教授　　
*2大阪大学　大学院工学研究科　応用生物工学専攻　助手　　

　植物細胞は,硬い細胞壁とその内側に破れやすい細胞膜を有するため,外部から細胞内に
操作を行う場合,細胞膜を傷つけることなく細胞壁を加工し,その部位を通じて作業をする
必要がある。細胞壁を求める大きさで生きたまま加工できれば1細胞の機能解析やその部位
を通じて,物質の導入・抽出が可能となり,多くの細胞レベルでの研究を計画することがで
きる。筆者らは,そのための最適手法として,微細加工が可能なレーザー加工技術に着目し
た。

～目次～
1.はじめに
2.レーザーの特性
3.レーザーのバイオテクノロジーへの応用
　3.1　レーザー共焦点顕微鏡
　3.2　レーザーピンセット
　3.3　LCM(Laser captured micro-dissection)
　3.4　形質転換
4.エキシマレーザーによる植物細胞の加工
　4.1　細胞壁の部分的除去
　4.2　レーザー加工技術の1細胞分析への応用
5.今後の展望


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　フローサイトメトリー(セルソーター)による微生物の単細胞解析と分離・・・14
　Single-Cell Analysis and Isolation of Microbes by Flow Cytometry

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　桂樹　徹　*1　　谷　樹　*2

*1奈良先端科学技術大学院大学　バイオサイエンス研究科　助教授
*2奈良先端科学技術大学院大学　バイオサイエンス研究科　教授

　スクリーニングは微生物産業にとっていまだに重要なプロセスである。従来の平板培養法
では得られない新規の微生物を含め,目的の微生物をいかに効率良く特定して分離するかを
考えたい。微生物を培養してマスとして解析するのではなく,個々の細胞を高感度, 高速の
システムで捉える単細胞解析の方法論をフローサイトメトリーを中心にして解説し,様々な
応用例を紹介する。

～目次～
1.はじめに
2.単細胞解析とは?
3.サイトメトリー
4.フローサイトメトリー
5.フローサイトメトリーで測れるもの
6.散乱光-細胞の物理的パラメーター,内部構造
7.蛍光-自家蛍光,蛍光標識,蛍光染色
8.蛍光-物理的標識
9.蛍光-蛍光プローブ,FISH,グラム染色,細胞周期
10.蛍光抗体
11.酵素活性,および細胞の生死判定など
12.GFP
13.ゲルマイクロドロップ
14.マイクロコロニー-破壊的定量から細胞を救出する(半非破壊定量法)-
15.難培養微生物の単離
16.おわりに


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　ポストゲノムのための新しい発想から生まれたキャピラリーモノリスの開発・・21
　　Capillary Monolith Column Designed for Post Genetic Analysis

　　　　　　水口博義　*1　　石塚紀生　*2　　中西和樹　*3　　植田充美　*4

*1(株)京都モノテック　代表取締役
*2(株)エマオス京都　代表取締役
*3 京都大学　大学院工学研究科　材料化学専攻　助教授
*4 京都大学　大学院農学研究科　応用生命科学専攻　教授

～目次～
1.はじめに
2.キャピラリーモノリスカラムの開発
3.キャピラリーモノリスカラムの性能
4.今後の展開


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　ナノ・インプリント技術のバイオテクノロジーへの応用・・・・・・28
　　Application of Nano imprint Technology for Biotechnology


　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　伊藤嘉浩*1　平井義彦*2

*1(独)理化学研究所　中央研究所　伊藤ナノ医工学研究室　主任研究員;
　(財)神奈川科学技術アカデミー　伊藤 「再生医療バイオリアクター」 プロジェクト
　　研究室長　
*2大阪府立大学　大学院工学研究科　電気・情報系専攻　電子物理工学分野　半導体物理
　講座　プロセス物理研究グループ　教授　

　微細なパターンを施したモールドを樹脂表面に熱プレスすることにより微細パターンを樹
脂表面に転写するナノ・インプリント法が開発されたことにより,従来の半導体微細加工で
は不可能であった曲面構造の加工や,多層構造の加工が可能になった。また,微細加工材料
をバイオテクノロジー(ドラッグ・デリバリーや再生医工学)へ応用する研究も進められる
ようになった。本稿では,これらの現状を紹介する。

～目次～
1.はじめに
2.ナノ・インプリント技術の原理
3.ナノ・インプリント技術のシーズ
　3.1　高アスペクト比構造の形成
　3.2　曲面構造の形成
　3.3　樹脂表面のナノ加工
4.バイオ材料のナノ加工とデバイスへの応用
　4.1　生分解性樹脂の表面加工
　4.2　ドラッグ・デリバリーチップの作製
　4.3　2次元構造と細胞接着性
　4.4　生分解性樹脂による3次元ナノ構造の創成
5.おわりに


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　高速・高感度マイクロ HPLC の開発　・・・・・・・・・・・・・・・・・・・37
　　Development of Micro HPLC with High Sensitivity/Throughput

　　　　　　　新谷幸弘　*1　平子敬二　*2　高野善彦　*3　古野正浩　*4

*1ジーエルサイエンス(株)　技術開発部　　
*2ジーエルサイエンス(株)　技術開発部　　
*3ジーエルサイエンス(株)　技術開発部　　
*4ジーエルサイエンス(株)　技術開発部　　

　ポストゲノム解析(プロテオーム,メタボローム等)の発展には,多種多様な微量化学種
の高速・高感度分析が可能な解析ツールの開発が必須である。筆者らは,従来型HPLCと比較
して高感度で,さらに並列化により多検体の高速分析に対応可能なマイクロHPLCの研究開発
に取り組んだ。筆者らが新たに開発したマイクロHPLCの機能要素部である検出部,試料導入
部および要素部結合技術について概説する。

～目次～
1.はじめに
2.UV検出器の開発
　2.1　長光路型光ファイバーUV検出器
　2.2　マルチチャンネル型UV検出器の試作
3.精密試料導入技術の研究開発
4.石英モジュール間,キャピラリー管間に有効な接続方法に関する研究開発
5.マイクロHPLCの構築と評価
6.おわりに

　
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　小型可搬式飛行時間型質量分析計の試作と天然物・環境汚染物質測定・・44
　　Instrumentation of a Potable Time Of Flight Mass Spectrometer and Its
　　Application to the Measurement of Natural and Environmental Substances

　　　　　　　　　　　　　　伊永隆史　*1　伊藤正善　*2　城丸春夫　*3

*1東京都立大学　大学院理学研究科　化学専攻　教授　　
*2東京都立大学　大学院理学研究科　化学専攻　客員教授　　
*3東京都立大学　大学院理学研究科　化学専攻　助教授　　

　デスクトップで使える小型で,必要に応じ可搬にもなる飛行時間型質量分析計の開発に成
功した。真空排気系は小型ターボ分子ポンプをオイルフリー真空スクロールポンプにシリー
ズ連結し,必要な真空度を得た。φ80×295mmの飛行分析管等を組み込み,アタッシュケース
サイズ(450×350×150mm)のプロトタイプ装置を設計試作した。試料としてフラーレンやバ
イオ・環境物質を用い,レーザーイオン化法により質量電荷比m/z=2,000,分解能T/ΔT=
2,400の基本性能を得た。ダイオキシン類と同等の質量数を有する多環芳香族化合物である
ベンゾ[a]ピレン測定で主ピークと安定同位体が完全に分離したマススペクトルが得られ,
検出感度で80fmolを達成した。Ramseyの挑戦失敗以来,禁忌と言われているTOF MSダウンサ
イジングであったが,イオン衝突実験基礎研究により都立大に蓄積された研究基盤に依拠し
,目標とする仕様を達成するとともに,フラグメンテーションの抑制に関して予想以上のブ
レークスルーが得られた。世界トップクラスの性能を有することが認められたので,今後は
実用化に向けたモノづくり体制確立と各種評価試験が残された重要課題である。

～目次～
1.はじめに
2.TOF-MSダウンサイジングの戦略視点
3.マイクロTOF-MSプロトタイプ試作機の開発
4.マイクロチップ・ナノLC接続によるTOF-MS検出システムの構築
5.おわりに


INTER-VIEW
　ヒトES細胞研究と生命理論・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・54

　1998年11月にウィスコンシン州立大学でヒトES 細胞株が樹立されてから,日本でも 2003
年11月にヒトES細胞株が樹立されており,すでに13件の使用計画が提出され,各研究機関倫
理委員会と文部科学省専門委員会の二段階審査を終えている。今年6月23日に内閣府総合科
学技術会議の生命倫理専門調査会で3年半の審議の末にヒトES細胞研究を承認する採決がな
されたことや,経済産業省のポストミレニアム予算にヒトES細胞研究費が挙げられるなど,
研究を取り巻く環境も大きく変化しようとしている。そこで我々は,ヒトES細胞研究の今ま
でとこれからについて,その社会および倫理的側面からのご意見を伺うべく,文部科学省専
門委員会座長の豊島久真男先生にインタビューを試みた。


豊島久真男 (とよしま　くまお):医学博士。理化学研究所遺伝子多型研究センター長,
東京大学・大阪大学名誉教授。 専門は腫瘍学とウイルス学で,1969年にがん遺伝子を発見。
1984～1994年には対がん10ヵ年計画の研究総括を担当し,DNA のガイドライン策定に参加。
このような経緯でヒトクローン倫理問題でも,総合科学技術会議(科学技術庁),文部科
学省(文部省)専門委員会の委員を歴任,現在は同委員会の座長を務める。


NEWS　DIGEST・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・57
タンパク質の機能状態に着目する

BIO　R&D
　異常分散効果を用いたタンパク質の高速・大量解析・・・・・・58
　High throughput Protein Structure Determination with Anomalous Signal.

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　村山和隆

(独)理化学研究所　ゲノム科学総合研究センター　タンパク質構造・機能研究グ
ループ　上級研究員　

　近年のタンパク質の結晶構造解析においては,原子の異常分散効果を利用した方法が主流
となっている。この方法は,実験作業のルーチン化が容易であり,タンパク質の立体構造を
解析するのに適した方法である。構造解析の迅速化により,より多くの立体構造に関するデ
ータが蓄積されてきており,医療や創薬といった分野でますます重要となってきている。

～目次～
1.はじめに
2.X線結晶構造解析の流れ
3.異常分散法の発展
4.位相決定の原理
5.異常分散法における構造解析の高速化
6.おわりに


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　キメラ受容体を用いた抗体産生細胞の安価な増殖促進・・・・・・63
　　Inexpensive Growth Promotion of Antibody Producers with Chimeric Receptors

　　　　　　　　　　　　　　　　河原正浩*1　上田　宏*2　長棟輝行*3

*1東京大学　大学院工学系研究科　化学生命工学専攻　助手　
*2東京大学　大学院工学系研究科　化学生命工学専攻　助教授　
*3東京大学　大学院工学系研究科　化学生命工学専攻　教授　

　工業的な抗体生産は主に動物細胞で行われているが,増殖因子の添加により培養コストが
高価となることが問題である。そこで筆者らは,サイトカイン受容体と抗体とのキメラ分子
をデザインし,安価な抗原の添加によって増殖シグナルを伝達させることを考えた。本稿で
は,ハイブリドーマ細胞でキメラ受容体を発現させ,抗原添加による増殖促進を実現した例
について紹介する。

～目次～
1.はじめに
2.VH/VL型キメラ受容体
3.ScFv型キメラ受容体
4.おわりに


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　新規医薬品リード化合物としてのフラーレン誘導体・・・・・・69
　Bioactive Fullerene Derivatives ; Novel Lead Compounds for Drug.

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　増野匡彦


共立薬科大学　薬学部　医薬品化学講座　教授　

　近代科学の進歩に伴い多くの医薬品が創製され人類の健康と福祉に貢献してきた。しかし,
近年,新たな疾病の登場や薬剤耐性の問題が起こり出している。このような中,従来の医薬品
とは異なった新たなリード化合物の探索が進められている。海洋天然物がその代表であるが,
筆者らは,新規炭素同素体であり,ユニークな化学的特性を持ったフラーレンに注目してきた
。本稿では,フラーレンの医薬品開発に結びつく生理活性をフラーレンの化学的特性と関連さ
せて紹介する。

～目次～
1.はじめに
2.フラーレン誘導体
3.フラーレンの化学的特性と生活活性
　3.1　光依存活性酸素生成に基づく生理活性
　3.2　高い疎水性に基づく生理活性
　3.3　金属内包フラーレンの応用
　3.4　酸化還元を受けやすく,またラジカルとの反応性が高いことに基づく生理活性
4.抗酸化活性-スーパーオキシド消去活性と活性酸素毒性軽減効果
5.活性酸素生成活性と呼吸鎖阻害活性
6.抗菌活性
7.がん細胞増殖抑制効果
8.一酸化窒素合成酵素阻害
9.C型肝炎RNAポリメラーゼ阻害,HIV逆転写酵素阻害
10.おわりに


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　オルニチンの苦味マスキング効果・・・・・・・・・・・・・・・・・・76
　　Taste Masking Effect of L Ornithine

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　内田享弘

　Takahiro Uchida 　 武庫川女子大学　薬学部　教授　

　Lオルニチンは,ヒト官能試験において,BCAA(分岐鎖アミノ酸)のLイソロイシンに対し
て顕著な苦味抑制効果を示した。Lオルニチンの苦味抑制効果の程度はLアルギニンのそれと
同等かそれ以上であった。このLオルニチン並びにLアルギニンのBCAAに対する苦味抑制効果
は,味覚センサーにより定量化が可能であった。またLオルニチンの苦味抑制機序は,カチ
オンチャネルを介した苦味受容経路を遮断することによると推察された。

～目次～
1.はじめに
2.各種アミノ酸の呈味のついて
3.味覚センサーを用いた各種苦味アミノ酸の苦味の定量化
4.BCAAの苦味抑制におけるL-オルニチンの効果
5.おわりに


連載:宇宙環境を利用したバイオ技術(第6回)
　宇宙での細胞培養実験とその装置・・・・・・・・・・・・・・・・・85
　Cell Culture Experiment in Space and its Apparatus

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　安藤　登

　Noboru Andoh 　 千代田アドバンスト・ソリューションズ(株)　宇宙プロジェクトユニット
　シニアコンサルタント　　

　日本の実験を中心にスペースシャトルに搭載された細胞培養実験装置と実験について紹介
する。スペースシャトルミッションSTS47で行われた第1次材料実験(FMPT)およびSTS 65
で行われた国際微小重力実験室2(IML 2)の実験と実験に使用された装置,STS 95で行わ
れた実験,弾道ロケットTR1A6号機,7号機の実験とその装置を紹介する。また米国,ヨーロ
ッパで開発されたスペースシャトル用の実験装置,さらに現在開発が進められている国際宇
宙ステーション用に日本で開発されている装置CBEFおよびCEUと米国,欧州で開発されてい
る実験装置の概要について紹介する。


～目次～
1.はじめに
2.これまでの宇宙実験と使用された細胞培養装置
　2.1　日本主体の実験とその装置
　2.2　日本以外の主な装置と使用実績
3.将来の宇宙細胞実験と実験装置
　3.1　今後の細胞実験
　3.2　今後の宇宙細胞実験装置
4.おわりに


BIO INFORMATION　・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・96