トランスフォーマティブ化学生命融合研究大学院プログラム

GTRでは、融合フロンティア研究において優れた成果をあげた学生を表彰するGTR Research Awardを設けています。 GTR Research Awardは、融合研究の成果や異分野に挑戦する姿勢など、学生の研究への取り組みを総合して評価し、その年を代表するGTR生を顕彰するものです。

2023年度の受賞者は以下の4名です。

今年度の受賞者4名に、異分野との融合の魅力や研究に対する姿勢などをインタビューしました。

2023年度GTR Research Award 受賞者インタビュー

植物の免疫応答に関わる「未知の役者」を突き止める
自ら動き回ることができない植物は、周りの環境を敏感に感知して対処する多様な仕組みを持っている。その一つ、病原菌に対処する免疫のシステムを研究している。
植物は、病気を引き起こす細菌をセンサーで見つけ出す。そのセンサーは、細菌が泳ぐために使う鞭毛のタンパク質のほんの一部分を認識して「外敵だ」と察知している。その認識のきっかけになる部分は22個のアミノ酸からなり、プロテアーゼと呼ばれる分解酵素によってここが切り出されることが免疫反応を開始させる上で重要であることが知られていた。しかし、この「切り出し役」については、これまでよく分かっていなかった。
植物の免疫のスイッチが入る際に重要な役割を果たす、この「役者」の正体をつきとめたのが、今回の研究成果だ。
近年、生物の持つ特定の形や働きの要因を調べる手法としてよく利用されるのは、変異体を用いて原因遺伝子を探し出す手法だ。しかし植物の免疫には冗長性があり、遺伝子の欠損が別の仕組みでカバーされてしまうため、今回の「切り出し役」の探索では、この方法はうまくいきそうになかった。
そこで、複数の実験手法を組み合わせて酵素活性を指標に効率よくタンパク質を探し当てる実験系を組み上げた。
まず植物から分泌されている未知のプロテアーゼを含む液体を集める。それを二次元電気泳動にかけて、タンパク質を分子の大きさや電気的な性質によって200の区画にわける。切断されたことを蛍光で検知する仕組みも作り、それを使って200の区画の中から目当てのプロテアーゼのタンパク質を含む区画を探す。その区画に含まれるタンパク質を質量分析し、正体をつきとめる。そのタンパク質を欠損させた植物で、免疫の活性が落ちることを確かめる。
植物の病原体を扱う経験は初めてで、自分の研究室では使っていなかった実験手法は、融合研究先の知恵を借りた。
「理屈の上ではうまくいくはずと思ってはいたものの、実際に200の区画の中から、きれいに光った区画を目の当たりにした時は嬉しかったです」

研究をする上で大事にしたいこと
今回、複数の実験手法を組み合わせた実験系をつくる過程で、研究者として、コミュニケーション能力の重要性を改めて感じたという。「自分の研究室だけではできないこともあるし、分からないことは専門家に聞いた方が早い。研究をしていく上で、コミュニケーションを積極的に取っていくことは大事だと改めて気づかされました」
「そんなに器用なタイプではない」と自己分析する。ただし、失敗してもトライアンドエラーを続けられる粘り強さが強みだ。「生物学の実験はばらつきが大きくなりがちなので、丁寧にやることが大事だと思っています。植物の状態をまめに見る、何かの溶液を混ぜるといった実験の些細なことも雑にしないなど、自分の力の及ぶ範囲で小さなことを丁寧にやって、実験の精度をあげるように心がけています」

GTRの仕組みが研究の後押しに
GTRの面白さは人との交流にあるという。GTRでは、異分野の人と接する場が数多く設けられており、自分の研究を紹介すると、思いがけない質問をもらうこともある。「異分野の人から、研究の根本的な背景を問われて、はっとさせられることもあります」
GTRの支援がなければ、今の研究をしていなかったかもしれないと話す。「修士1年の頃は、少し違うテーマを研究していました。別のテーマに研究を広げてみようと思えたのも、5年間腰を据えて研究できることが背中を押してくれたと思います。そもそもGTRがなかったら、博士課程に進学していなかったかもしれません」
今後は、作り上げた実験系を使って、他のタンパク質を見つける研究に展開していきたいと考えている。

（2023年12月インタビュー）

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Pursuing More Efficient Mosquito Traps Targeting the Temperature-Dependent Auditory System of Male Mosquitoes
Mosquitoes spread many different diseases including malaria, dengue, and Zika. As these diseases cause many deaths each year, it is very important for humans to find effective ways to control mosquitoes. Ms. YuMin Loh and her colleagues are trying to control this deadly insect by targeting their hearing systems. Male mosquitoes use their hearing systems to find female partners by listening for the sounds produced by female mosquitoes while flying. Mosquito trapping devices that rely on exploiting this system are currently used all over the world. These devices attract male mosquitoes by artificially generating female mosquito flight sounds. These traps, however, are not very effective, in part because the hearing capabilities of male mosquitoes are affected by the external environment, especially temperature. In the real world, ambient temperature can fluctuate significantly, which results in changes to female flight sounds, meaning the sound played to attract males should also be changed. "Our research focuses on trying to improve the current sound trap systems by studying the underlying mechanisms of mosquito hearing systems" Ms. Loh said.
She first became interested in mosquitoes when she visited Professor Azusa Kamikouchi's laboratory, where she met Dr. Matthew Paul Su, who had just come from the U.K. to join the lab. Laboratory members deal with different animals; for example, Prof. Kamikouchi works with fruit flies, while Dr. Su works with mosquitoes. "After hearing about Matthew's research, I became interested in studying mosquitoes, because mosquitoes are a big problem in my home country of Malaysia, and many people die from mosquito-borne diseases every year." She believed studying mosquitoes would be interesting and beneficial for tackling a global health issue.

Interdisciplinary Research: Opportunities and Difficulties
Ms. Loh experiments cover behavioral, functional, and molecular assays, in addition to conducting bioinformatics analyses in the Kamikouchi lab at Nagoya University. In addition, as part of the interdisciplinary research conducted under the GTR Program, she is collaborating with the University of Oldenburg in Germany and the National Health Research Institutes of Taiwan to conduct mathematical modeling and semi-field work, respectively. Whilst her collaborative work with researchers at the University of Oldenburg is conducted via online discussions, she has visited the National Health Research Institutes of Taiwan twice to conduct experiments on mosquito behaviors in a semi-field setting in the Institute's experimental facility. This is a great opportunity for her because there is no experimental facility with a semi-field setting in Japan.
When asked about difficulties she has faced, she replied "One major difficulty that I have come across in conducting interdisciplinary research is that experiments do not go as expected--this is, of course, quite common in scientific research." Building on this, she said "We always try to test new ideas with our experiments, which means we have to set everything up ourselves. It takes a long time, and we have to keep trying and failing, and trying and failing, so we feel it doesn't progress as it should. Behind every research outcome we present, there are many, many failures we have not presented." She has had numerous discussions with her supervisors about these difficulties and has repeated experiments just as many times. When asked about the primary reason how she produced the award-winning research, she explained, "No researcher works alone. I am extremely lucky to be part of a great environment where I know everyone supports me. Without this teamwork, none of my research would have been possible."

Inspiring, Passionate Teachers Made Her Fascinated with Biology
She first became interested in biology when she was 16 years old at her high school, where she met passionate science teachers. "They had wonderful ways of teaching. They taught us how to visualize different systems in the human body and how to draw connections between different things. So, I started liking biology." In her high school in Malaysia, she was encouraged to apply for a scholarship hosted by MEXT (Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology of Japan) to study at Nagoya University. "I decided to study at Nagoya University because I knew that Japan is a very research-oriented country and Nagoya University is one of the best research universities. I wanted to acquire not just textbook knowledge but also hands-on experiences." After being awarded the scholarship, she entered the G30 program at Nagoya University. When she was in the third year of the undergraduate program, she joined the Kamikouchi lab, where she met her current supervisors and colleagues with whom she has developed good relationships.

Great Support for Students from the GTR Program
"The great thing about the GTR program is that it provides good support for students to conduct interdisciplinary research and attend international conferences, because I think such opportunities are rare. Without the GTR support system, regular students may find it challenging to establish these kinds of connections or get opportunities to go abroad. I definitely, 100% recommend all undergraduate students to join the GTR program if they are interested in research. The GTR program has also developed my communication skills. Actually, before I participated in the program, I was quite shy. I didn't talk so much, but this program has made me open up more and try to talk more with people."
She says living in Nagoya is very comfortable because "it's quite modern, but not too busy." After the completion of her PhD program, she hopes to continue her research as a post-doctoral fellow and make new discoveries. "In the future, I want to become a scientist who can have a positive impact on the world with my research, as well as the ability to inspire younger generations."

（2024年1月インタビュー）

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狙ったタンパク質を壊す仕組み、二つの手法を組み合わせ開発
生体内では、数多くのタンパク質が生命の機能を維持している。特定のタンパク質がどんな働きをしているかを知るには、そのタンパク質だけを合成されないようにしたり分解したりして影響を観察するのが一つのやり方だ。しかし、これまでの方法では、遺伝子操作が必要だったり、消失するまでに時間がかかったりするのが難点だった。 そこで、小さな抗体分子と植物ホルモンのオーキシンを使って、特定のタンパク質をねらいうちして素早く分解する方法を開発した。
ブレークスルーのカギは、別々に研究が進んでいた二つの方法を組みあわせたことにあった。
一つは、オーキシンをスイッチとして特定のタンパク質を分解する方法だ。ただし従来は、オーキシンが目的のタンパク質にくっつくために、タンパク質側に「目印」をつけておく必要があり、これには遺伝子操作が必要だった。そのため遺伝子操作が難しい生物には使いにくかった。
そこでもう一つ、通常の約10分の１の小さな抗体を使う方法を組み合わせた。人工的に作成した小さな抗体が、目的のタンパク質を認識。抗体にはオーキシンがくっつく目印がつけられていて、オーキシンを投与した時にタンパク質を分解できる。
遺伝子操作が難しい生物にも利用でき、また、この方法で使う抗体は小さいので、細胞内部のタンパク質にも使える。用途をぐんと広げた。これにより、生物学の研究や医療への応用が期待されている。

タンパク質をめぐる生命現象の面白さ
中学・高校時代は物理と化学を選択しており、生物を本格的に学ぶ機会は大学に入ってからだったそうだ。学部1年生の時に受けた生物の講義で、タンパク質の分野に興味を持った。
「タンパク質というと、栄養素の一つ、くらいの知識しかなかった。体の中に何万種類もあって、それぞれ別の仕事をして、それで生き物ができていると初めて知って、これは面白いと思いました」
現在所属する研究室は、主にタンパク質の分解に着目した研究を行っている。タンパク質は様々な機能を持つが、それらが適切なタイミングで壊れて機能を失うことも、生き物にとって重要だ。例えば特定のタンパク質の壊れるサイクルが狂うと、がんなどの疾患の原因になる。
「タンパク質をつくる側ではなく、壊す側という着眼点にひかれて、今の研究室を選びました」

フットワーク軽く、新しいことを吸収
自身の強みは、フットワークの軽さだと話す。
今回の成果は、「卒論の実験の合間に論文を読んでいて、こういうことができたらいいなあ」と発想して、修士から始めた研究だったそうだ。研究テーマを変えることに、特に不安はなかったと話す。「やってみてダメだったら戻ればいい」。自分の今やっている実験や手法にこだわりすぎず、「なんか面白そうだな」と思ったら、いろんなことに手を出してみる。そんな身軽さを持って研究を広げていくことを大事にしているそうだ。
自身の研究室では主に酵母を扱っているが、GTRの融合研究を通じて線虫やマウスの取り扱いに慣れた他の研究室にも行き、研究の幅を広げる。細胞の動きをより精密に見るため、顕微鏡に強い研究室にも足を運ぶ。
他の研究室で実験すると、薬品がどこにあるかわからないという些細なレベルから始まり、扱ったことがない生き物を扱うための知識やスキルも新たに必要で、大変なこともある。しかし研究者として研究を続けていく以上は、自分が慣れた、やれる範囲でやっているだけではダメだと思っているそうだ。「自分が今知らないこと、できないことをどんどん学んでいかないといけない。それによって新しい研究を生みだせると思っていて、そういう意味で、新しい環境に行ったり新しいことを経験したりすることを、ポジティブに捉えています」

広がる研究のアイデア
GTR良さは、コミュニティを広げられる機会に満ちていることだという。「分野の違う人と話をしていると、半分以上、何を言っているかわからないときもあるけれど、これ何かに使えないかな、という発想もいろいろと浮かんできます」
現在、ITbMの化学系の研究室との融合研究に取り組んでいる。GTRのイベントをきっかけに着想を得てスタートした研究だ。生物・化学両面から研究を進めることによって、より新しい知見が得られるという。
「博士課程の間に、現在取り組んでいる研究をきっちりとまとめて形にしたい。その上で、新しいテーマの足掛かりもつくりたい」
今後も、自身の研究の幅を広げていきたいと話す。

（2023年12月インタビュー）

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カーボンナノチューブに惹かれて研究の道に
「構造がすごく綺麗なんですよね」
カーボンナノチューブの存在を知ったのは、高校２年生の時だった。校外学習で豊田工業大の研究室を訪ねて電子顕微鏡の画像を見せてもらったり、名古屋大の研究者の講演を聞いたりしたことをきっかけに、この材料の虜になった。髪の毛の太さの1万分の１ほどの微細な構造なのに、非常に電気を通しやすい、引っ張り強度も高いなど、その特性も面白いと思ったという。
それ以来、カーボンナノチューブ一筋。この分野の研究が強い名古屋大学理学部に進学し、目指していた化学科の研究室で、カーボンナノチューブの研究を始めた。修士１年時からは、電子工学の研究室との融合研究にも参画。ナノ材料について化学の分野で訓練を受けた知識と技術を、電子工学のデバイス作りに生かす。
これまでの業績の一つに、カーボンナノチューブの熱安定性を向上させたことがある。従来は、約100度までしか温度耐性がなかったが、ドーピングと呼ばれる工程で、加える分子の大きさを変えることによって温度耐性を200度まで向上させた。
カーボンナノチューブは、化学や電子工学など様々な分野で盛んに研究がおこなわれているが、分野ごとに着眼点が異なり、その狭間で意外と見落とされている領域があるという。「その狭間をうまく橋渡しすることが、自分の役目だと思っています」

他分野と融合させるマインドが、チャンスを引き寄せる
現在、京都大学の研究室でも研究を行っている。研究室のメンバーのひとりとして研究をこなすとともに、後輩の指導にもあたる。「週のうち、2日くらいを名古屋で、3～4日くらいを京都で研究しています」。名古屋と京都をいったりきたりの忙しい日々だ。
2023年度、独創的・挑戦的なアイデアを持つ若手研究者を支援する科学技術推進機構（JST）のグラント「ACT-X」に採択された。研究課題として、カーボンナノチューブを使って生体情報をセンシングし、外から入ってきた情報の処理まで行うリザバーデバイスを作ることを提案した。
リザバーコンピューティングの知識は、京都大学の研究室で得たものだ。「京大に行かなかったら、おそらくリザバーコンピューティングという言葉すら知らなかったと思います」
心の中には常に、「人とは違う経験がしたい、自分独自の研究がやりたい」という思いがあるという。その思いに従って、名古屋大学、京都大学それぞれの研究室で複数の共同研究に参画し、自身の専門である化学の知識とスキルを、他の分野と融合させることに意欲的に取り組んできた。
たとえばその一つが、今注目されている層状の新材料マキシンを用いた研究。カーボンナノチューブで培ったナノ材料の精製や分離の技術を生かして、バイオ研究の分野や、デバイス作製の共同研究を進めている。
「意欲を持って他分野に進んでいく姿勢を買っていただいて、色々な機会をいただいていると思います」

視野を広く
視野が狭くならないようにすることを心掛けているという。
たとえばデバイス作りのプロセスで袋小路に陥ったら、電子工学的な視点だけで解決しようとせず、化学的なアプローチのような他の視点も検討してみる。
いろんな分野の人が集まるGTRでの活動は、物の見方を広げる点で役立っていると話す。
指導教官とのディスカッションでも、視点を変えることの重要性に気付かされることが多いという。指導教官の「こういう問題があるってことは、つまりこういうことだよね」という的確な言い換えが、課題の見え方をガラッと変えてくれることに驚かされる。
将来は、アカデミアにも興味はあるが、企業の研究職を経験することを考えている。大学や学生という現在の自分の枠から離れて世の中を見たとき、今とは違ったものの見え方や考え方が得られるのではないか。異なる場に身を置き、そこでの様々な経験から学ぶことで、自分の視点を広げていきたいと考えている。

（2023年12月インタビュー）