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知る

自然が生み出す光の仕組み

まず、私たちが答えたいいくつかの疑問について見てみましょう。

  1. 光る生物が、光を生み出す方法は?
  2. 光る生物は、どうやって光るための材料を作っているのか?
  3. このおもちゃで使っている発光材料は、どうやって作ったのか?

1. 生き物が産み出す光の化学 Basic-Chemistry---H2O-ja

step-1-what-makes-bioluminescenceどうやって、生き物は光を生みだすのでしょう? バイオルミネセンスは、タンパク質(ルシフェラーゼ)と発光基質(ルシフェリン)と酸素の間の化学反応によって生まれます。タンパク質は、とても複雑で特別な分子で、生命の構成要素を担っています。バイオルミネセンスの反応は、いくつかの点で、水素と酸素から成る水分子を作る化学反応と似ていますが(右をご覧ください)、バイオルミネセンスの化学反応で生じるエネルギーは、光という形で放出されるのが特徴です。

物質 = 触ることができるすべての物

Bioluminescent-Reaction---purple-ja

 

2. 生き物が産み出す光の生物学

step-2-making-proteinsさて… バイオルミネセンスの反応には、特別なタンパク質(ルシフェラーゼ)が必要なことはわかりましたね。でもタンパク質はどうやって作られているのでしょう? 実はタンパク質は細胞内で作られています。そして、すべての生物は、様々な細胞で構成されています。このプロセスを、下の漫画で詳しく見てみましょう。

Steps-of-Making-a-protien---With-Sally---standalone-ja

 

もちろんすべての生物の染色体DNA上に、生物発光反応に使用されるタンパク質(ルシフェラーゼ)を作るための遺伝子(レシピ)を持っているわけではありませんが、発光タンパク質遺伝子をもたない生物の中でも、まったく同じ方法により、遺伝子からタンパク質が作られているのです。

3. ビッグトイは、発光のためのタンパク質をどうやってつくるのか?

自然界のプロセスを利用

beaker-small私たちは、できるだけ明るい光を発する発光生物を探しているうちに、数多くの海洋の発光生物を発見しました。その中で、特に強い輝きを放ったのは、ガウシア・プリンセスと呼ばれる小さな生物でした。この生物は、非常に小さい上、600 メートルを超える深海に生息していたために、見つけること自体が容易ではありませんでした。さらに、この生物の発光能をもつ遺伝子を特定する作業は、さらに困難を極めました。しかし、私たちは、長い時間をかけてこの生物の染色体DNA上にある 3 万個の遺伝子を調べ、発光する遺伝子(発光タンパク質の遺伝子=レシピ)を見つけました。私たちは、発光タンパク質を作るためには何から始めたらよいかを…

発光する遺伝子を見つけた私たちは、発現クローニングと呼ばれる手法を使って、タンパク質を作りました。また、サリーの例で説明すると、このプロセスは、サリーにケーキのレシピが書かれた新しい本をいくつか渡し、彼女にケーキの販売を始めるよう頼むようなものです。実際には、遺伝子の情報を読み、大量のタンパク質を生み出すことができる安全な微生物に、発光タンパク質の遺伝子を導入します。微生物内で、タンパク質が作られても、正しい形状になっていることを、確認しなければなりません。もし形状が正しくなければ、きちんと機能してくれないからです。タンパク質が特定の形状になる現象を、フォールディングと呼びます。私たちは何年もかけて、正しいフォールディングができるように、試行錯誤を繰り返しました。その結果、私たちは、発光能をもつ酵素タンパク質(ルシフェラーゼ)を、大量に作り出すことに成功したのです。