微量分子を測定するには？

我々ヒトの身体は約37兆個の細胞から構成されていて、そこにはDNAやタンパク質などの大きな分子 (=化学物質) から脂質や糖などの小さな分子まで様々な種類の分子が存在しています。これらの分子が細胞一個一個のレベルで複雑に連動して動き、変化して、最終的に我々の生命活動が形成されています。

私は中学・高校の頃から生物・化学が好きで、「どんな分子がどのように動いて生命が形成されているかを解き明かしたい」と考えてきました。ではどうすれば、小さなスケールでの分子の動きを解析できるでしょうか？

例えば細胞一個に含まれる分子を測定したいとします。一般的なヒトの細胞のサイズは10-20マイクロメートルなので、その体積はわずか数ピコリットル (ピコ = 10のマイナス12乗) です。物質量 = モル濃度×体積ですので、非常に少ない物質量の分子を測定する必要がありますが、このような微量分子を測定できる手法はこれまで存在しませんでした。

「電気の力」で分子を操作する

そこで私は「電気の力」で分子を操作することで、少ない数の分子でも検出しやすくすることを考えました。例えばプラスの電荷を帯びた分子を電場に置くとマイナス極へと引き寄せられます。この現象を電気泳動と呼びますが、これを高度化すると、分子を一点に集めて濃縮したり、沢山の分子を分けて一つずつに整理したりできます。

例えば非常に微量の緑色の分子と青色の分子の混合物を測定したいとします。量が少ないと薄まって色が見えませんが、電気泳動を使って分子を一か所に集めれば色が見えるようになります。さらに緑色と青色の分子を分離できるため、それぞれの量を決定することができます。

医療・創薬に役立てる研究も

以上のような技術を使って、私たちはわずか細胞一個であっても様々な分子を検出することに世界で初めて成功しました。この技術によって、基礎的な生命科学研究だけでなく、医療・創薬に役立てるような研究も行っています。

技術が実用レベルに達するまで散々失敗してきましたが、これまで誰もできなかったことを自分達の力で突破して世界で初めて実現するというのは、とても爽快です。若い皆さんにも是非難しい研究に興味を持っていただき、大学で挑戦していただければ幸いです。