バイオナノシステムズ研究会

生物学における光・レーザーを使った研究の方向性
Trend of light and laser technology for biological research

亀井保博(自然科学研究機構 基礎生物学研究所 光学解析室・特任准教授)
Yasuhiro KAMEI, Associate Professor
Spectrography and Bioimaging facility, NIBB core facilities, National Institute for Basic Biology


 生体内で起こっている現象はできる限り非侵襲的に生体内で観察することが望まれる。そこで我々は生体内単一細胞遺伝子発現を可能にする方法として、赤外レーザーによる熱ショック誘導顕微鏡IR-LEGO (Infrared Laser Evoked Gene Operator)を開発してきた。IR-LEGOは光・レーザーを使った生物学分野の研究ツールとして応用が始まったばかりであるが、本研究会では共同研究者の浦和博士が代表して発表するので詳細は割愛する。本発表では、生物学と光技術との融合がどのように進んできたかを紹介しつつ、IR-LEGOを含む最近の光・レーザー技術を用いた生物学研究の例を紹介する。

 光やレーザーの技術は生物学に多大な発展をもたらしてきた。古くは光学顕微鏡に始まり、蛍光標識分子の登場により蛍光顕微鏡が使われ、さらに緑色蛍光タンパク質(GFP)の出現によりライブイメージングが現実的となった。さらにレーザーの導入による共焦点技術が3次元画像取得を可能し、蛍光タンパク質の改変によりマルチカラー3次元ライブイメージングが日常的に行えるようになった。さらに蛍光物質やGFPの改変によるセンサー分子による生体内物質の定量化も現実的になっている。このようにして「バイオイメージング」という新分野が出現した。しかし、ここまでの話はあくまでも光を使った「観る(観察)」技術であった。

一方、光を使った新たな生物学の研究手法も出現している。それは光を使って「観る」から「操作する」技術で、初めはケージド物質による細胞操作であり、最近は光機能性タンパク質(チャンネルロドプシンに代表される光受容タンパク質やその改変体)を生体に発現させ、光によって標的細胞の生理状態を変化させる技術で、Optogeneticsと呼ばれている。生物学と、光技術の学際的な研究者の視点で、この新分野の近年の傾向を概説し、今後どのような技術が求められるのかを考えてみたい。



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