ライフサイエンスにおいては、微量の生体試料中の物質定量や反応素過程解析の技術が求められています。特にタンパク質の凝集体は疾患に関連することが知られており、その形成メカニズムの理解が望まれています。これに対して当研究室では、マイクロ水滴を用いてタンパク質試料をピコリットルスケールで微小区画化する技術を確立しました。マイクロ水滴の中で起こる核生成(タンパク質凝集体の初期過程)を定量的に解析する技術を開発しました。

従来、凝集体形成は染色試薬を用いてマイクロリットルスケールで観察されていました。その結果、凝集体形成の成長と核生成を分離して議論することはできませんでした。本研究では、核生成の時間変化を観察することができるため、核生成過程と線維伸長過程とを切り分けて評価できます。

• ・微小実験を可能とするナノ・マイクロ化学デバイスの作製
• ・微量な試料でも複数条件での実験を可能にする、もしくは、均一条件で信頼性を高めることが可能な並列化実験技術
• ・マイクロ水滴内で対象物質を濃縮させ成長させることで、微量検出を可能にする定量分析技術
• ・タンパク質凝集体の定量分析技術

タンパク質の線維状凝集体は様々な疾患と関連していることが知られています。本技術によりタンパク質線維形成の検出と化学現象の理解が可能となり、診断・創薬への利用が期待できます。

マダニはSFTS(重症熱性血小板減少症候群*)ウイルス等のウイルス、リケッチア(細菌の一種）、ピロプラズマ原虫などの病原体を媒介し、人や家畜に甚大な被害を及ぼす最大の害虫です。強力な病原体の媒介者であるマダニは、進化の過程で病原体への抵抗性を確立したと想定されます。我々はマダニが持つ病原体への防御機構に着目し、生物活性分子に含まれる自然免疫関連分子を単離しました。この分子「HEディフェンシン｣の機能を抗ウイルス･抗菌剤や医薬品へ活用することを目指しています。

本研究はフタトゲチマダニのヘモリンフ(体腔液)由来(HE)ディフェンシン(=抗微生物ポリペプチド)を同定し、その効果を調べました。その結果、抗ウイルス活性、抗菌活性、抗原虫活性と幅広い抗微生物スペクトルを持つことが判明しました。 このようにHEディフェンシンは、医薬、動物医薬、農薬分野における感染症の治療・予防に応用できる可能性を有することが分かりました。

• ●約8万種のマダニ遺伝子ライブラリを作成し、マダニ媒介性疾病の予防・治療薬等の開発研究を推進しています。マダニは新規薬理分子の宝庫です。
• ●学内外の専門家と協力して、マダニ媒介性疾病の病原体を検出する疫学研究も行っています。
• ●マダニを用いた殺ダニ剤のアッセイ系もあります。

我々が同定した抗微生物ポリペプチド=HEディフェンシンとその活用は、特許取得しました。本研究成果から抗ウイルス・抗菌マスク、抗菌スプレー、マウスウォッシュ、食卓用除菌スプレー等への利用が検討できるため、認可が簡易であることも期待されます。またHEディフェンシンから抗微生物活性が強力なペプチド部位を特定できると、その低分子ペプチドは免疫原性を持たず消化酵素に耐えうると予想されます。体内に長期間残存し、感染防御効果が持続する医薬品開発も可能と考えています。

マダニはウイルス、細菌、原虫等の病原体を媒介し、世界の畜産が被る経済的被害は毎年3兆円に昇る家畜最大の害虫です。我々はマダニの生存能力に着目し、約8万種のマダニ遺伝子ライブラリーを作成しました。ライブラリーを使って、マダニの生存を左右する生物活性分子の特性と機能解析、並びにマダニ体内の病原体の動態解明について研究を行ってます。得られた研究成果は、家畜用ワクチンなどマダニを撲滅する防圧法の開発だけでなく、ヒト向け医薬品の創薬にも活用できると考えています。

① マダニの臓器別ESTデータベースの構築と吸血・消化と自然免疫の分子機構の解明
⇒ マダニの特徴的な性質(吸血のみで成長・産卵する)に注目し、そのメカニズムを明らかにすることにより、マダニ側を制御する新しい感染症対策につながります。

② マダニの生物活性分子とマダニ媒介性病原体の動態解明
⇒ マダニの吸血・消化と媒介する病原体に対する自然免疫において、重要な役割を果たす様々なタンパク質の特性・機能が解明できます。

③ マダニの生物活性分子を基盤としたワクチンの開発
⇒ マダニが媒介する病原体の制圧が可能になります。

④ マダニ由来の創薬候補分子の選抜
⇒ マダニが持つ抗止血・抗凝固作用、血管拡張作用及び血管新生阻害作用を利用すれば、種々の循環器障害の予防・治療薬の開発につながります。

• ●マダニと媒介病原体を阻止するための技術基盤を確立し、新規のマダニ生物活性分子群を創薬に活用する目的での開発研究を推進しています。
• ●マダニ媒介性疾病の病原体を検出する疫学研究も行っています。学内外の様々な分野の専門家と協力して研究する体制を構築できます。

本研究によって、鉄代謝を制御するマダニフェリチンがマダニの生存基盤に重要な役割を担うことが判明しました。このことでフェリチンに対する遺伝子制御や抗体を応用したワクチンなど新規のマダニ防圧法の開発が可能となります。マダニは新規薬理分子の宝庫です。遺伝子やタンパク質、生存戦略の研究により、マダニやマダニ媒介性疾病の防圧特効薬の開発だけでなく、ヒトの循環器障害、ガン等の治療薬開発に結び付く発見にもつながります。人類の医療に貢献出来る可能性が期待されます。

マダニは人や動物に甚大な被害を与えているウイルス、リケッチア、細菌、原虫などの多種多様な病原体の伝播に関与し得る、優れた疾病媒介能を有しています。このため、マダニ媒介性感染症が世界経済に与える脅威は甚大であり、マダニ媒介性感染症対策は公衆衛生領域や獣医領域においては不可欠です。このように、マダニ媒介性感染症のためのワクチン･治療薬開発に繋がる研究に重要な情報をもたらすものとして、マダニ媒介性感染症を評価する疫学的研究が必要とされています。そこで、我々は疫学的研究に必須なフィールドでの特殊な設備などを必要としない簡易迅速的なマダニ媒介性病原体の遺伝子検出技術を開発することを目指しています。

本研究では、公衆衛生や畜産の現場で重要な①簡易性、②迅速性、③費用、④現場汎用性などに優れた蛍光LAMP･RPAに、ナノポアシークエンサーMinIONによってLAMP･RPA増幅産物のDNA塩基配列を直接解読することを組み合わせます。その結果、病原体の種類や変異を短時間で検出可能となり、高い新規性･優位性、現場汎用性をもたらします。

• ●(1)核酸等温増幅系LAMP･RPAと小型迅速次世代ナノポアシークエンサーMinIONを組み合わせた独自の診断技術を駆使して疫学調査を実施すること、(2)研究代表者らを中心に研究協力者(獣医)を現地パートナーとする強力なネットワークを駆使できることが挙げられます。
• ●本提案の蛍光LAMP･RPAと小型迅速次世代ナノポアシークエンサーMinIONを組み合わせた新しい遺伝子検出技術が開発されることで、マダニ媒介性病原体の検出が簡便かつ迅速に行われることが可能となり、食肉産業や地域経済の持続的な発展に貢献することができます。

本研究は感染拡大防止対策あるいは侵入防止対策に苦慮しているアジア･アフリカ諸国や欧州・豪州・南米においても普及が期待でき、感染個体を正確に摘発することで当該国における清浄化の推進が可能になります。また、本研究の開発技術によって、日本国内においても、感染拡大防止のために重要であるにも関わらず、マダニ媒介性病原体が微量であるがゆえに正しく摘発ができない(偽陰性判定)初期感染個体の特定が迅速にできます。さらに、本研究の成果は防疫業務を担っている家畜保健衛生所･食肉衛生検査所への開発キット導入も可能になります。