東京大学産学連携プロポーザル

ヒトのインスリン代謝などに関係するタンパク質リン酸化酵素Ａｋｔの酵素活性を、光照射により分単位で操る手法を開発し、Ａｋｔ活性の時間的な変動パターンが細胞応答を制御する新規メカニズムが存在することを証明した。 人工の光感受性Ａｋｔと数理モデルを組み合わせ、世界で初めて細胞内のＡｋｔ活性の時間的な変動パターンを自在に操作することを可能とした。

当研究室では、藻類・バクテリア・原生動物・ワムシ・ミジンコなどのプランクトンを長期間にわたって培養する実験系をもちいて、個体数の変動や生物の適応といった生態学と進化学の課題を研究している。例えば、野外環境における藻類の大量培養では、藻類と競争する生物や藻類を捕食する生物の侵入などにより、目的とする藻類の増殖が困難な場合が想定される。生態学や進化学における知見は、そのような問題を解決する糸口を提供している。当研究室では、プランクトンの培養に関連した生態学的・進化学的な専門知識や技術について、アドバイスの提供が可能である。

糖質関連酵素とは、グリコシド結合に作用する酵素の総称である。澱粉やセルロースなどの多糖に作用する酵素（アミラーゼやセルロースなど）だけでなく、高等生物の細胞表面に存在する複雑な糖鎖に作用するものも含む。例えば、澱粉、乳糖、蔗糖などの安価な可食性糖質に作用する酵素は新規な食品素材を生産するなどの応用が期待できる。また、セルロースやヘミセルロースなど植物細胞壁に作用する酵素は、非可食性糖質をバイオ燃料などの生物素材に変換する機能も持っている。一口に糖質関連酵素といってもその種類は驚くほど多く、加水分解酵素ファミリーに限ってもこれまで約１６０もの種類が発見されている。 この研究室では主に微生物に由来する糖質関連酵素の立体構造解析において豊富な業績、知見、知識を有している。

当研究室では、医学・心理学・教育学を組み合わせた「新しい生物・心理・社会的アプローチ」を用い、子どもから成人へ至る一生涯を通じた心身の健康・Well-beingの保持増進・疾病予防のメカニズムを目に見える形で実証的に明らかにし、家庭・学校・職場などの社会環境の現場における予防教育的介入の効果検証を目指している。 これまで医師として病気をもつ方々の診療にあたってきたが、「病院に来ようとする前に何かできなかったか」と考えさせられる日々であった。そこで、新しくできた当研究室では、一般に日常生活を送る人々に対して病気に至る前（未病）の段階で発症予防を目指すアプローチで、「病院に来ようとする前」にフォーカスして、目に見えないと思われてきたはずのその予兆を＜見える化＞するという全く新しい挑戦的な検討を行っている。 そのため、「簡便・小型・非侵襲性・移動可能性」を特徴とするテクノロジー（科学技術）を用いて、日常生活の中で心身の健康情報や生体情報の測定を行い、臨床（保健・医療・福祉）や学校・教育や産業・労働の【現場で役立つ客観的なバイオマーカー（生物学的指標）を開発】しようと試みている。将来的には、これらの中でいくつかが「一般健康診断」にまで取り入れられることを目指す。 例えば、脳機能（前頭葉機能）測定、心拍変動計や電子瞳孔計、唾液計測（内分泌・免疫・炎症指標など）への取り組みをすでに始めているが、大規模な実証的研究を進めるためには、さらなる協力体制や研究の加速が必要である。 こうした簡便なバイオマーカーやICT/IoT技術を用いることで、日常生活の健康情報や生体情報や心理行動情報を把握しやすくなってきており、さらにその情報を適切に本人へフィードバックすることで、認知行動療法に基づいた心理行動的介入も応用しながら、さらなる健康行動を促す予防教育的介入へ繋げていくことができると考えている。

植物栽培にこれまで利用されてきた蛍光灯や高圧ナトリウムランプなどの代替光源として、LEDを利用しようとする試みが近年盛んに行われている。 しかしながら、そのような試みには、導入コストおよび運転コストを度外視しているものが少なくない。 また、関連する試験研究も多いが、LEDとその特性に関する知識と経験だけでなく、植物と植物栽培に関する知識と経験をも兼ね備えた研究者が少ないためか、植物栽培や補光などを目的としたLEDの実用的利用に資するような知見は少ない。 この研究室では、これまで光生物学研究用の高機能なLED光源システムを数種類開発してきている。  

農地をはじめ、河川堤防や建築地盤などの地盤となる土地は、乾燥状態から水分不飽状態にいたるまでのさまざまな水分量を含む水分不飽和な土壌である。現状では、この水分不飽和な土壌の地盤としての機能を正確に評価し、それに基づいた設計を行うためには、なお解明すべき点が残されている。

土壌由来の温室効果ガスの発生量、動態は、連続測定データが少ない一方で、放出の時間的変動が非常に大きいということが近年わかってきた。ガス透過性樹脂を土中に埋設し、ターゲットとなるガスをセンシングできるセンサーを挿入することで、土壌中のガス濃度の連続測定が可能になる。

この研究室では、イネを用いた植物の撥水性に関与する遺伝子の機能解析を行っており、撥水性が異常となる様々な変異体を有している。これらの変異体を用いた解析から、葉の撥水性は表面の様々な構造変化によりコントロールされていることが明らかとなっている。またこれらの変異体からの原因遺伝子の同定を進めている。

醸造製品及び発酵食品を作る際の酵母の品質管理は、最終商品の品質を維持する上で極めて重要な役割を果たしている。またアスタキサンチンなどの機能性物質を製造過程においても、ヘマトコッカスなどの微細藻類の品質管理が重要である。長年勘に頼ることの多かったこれら微生物の品質管理を、データサイエンス的手法を用いて形態的に評価する技術、およびそのためのソフトウェア（CalMorphとHaematoCalMorph）を開発した。酵母や微細藻類の増殖過程が変化する際に細胞の形状が変化することに着目し、多数の微生物細胞を含むサンプルの顕微鏡画像をPCに取り込み、そのビッグデータを画像解析することにより合理的な品質管理を可能にした。

真核生物の遺伝子では、翻訳されるDNA塩基配列（エクソン）は、翻訳されない塩基配列（イントロン）によって分断されている。このエクソンは蛋白質の機能単位に対応しており、イントロンを「のりしろ」とするエクソンの組み換え（エクソン・シャッフリング）により、蛋白質が進化したとの仮説がある。また、立体構造解析から、蛋白質は連続した１０～４０残基前後のアミノ酸残基からなる構造単位（モジュール）から構成されており、エクソンは、このモジュールに対応していることが提唱されている。 この研究室では、このような蛋白質のモジュール・シャッフリング仮説に着目し、新規蛋白質の創製と機能解析を研究している。即ち、エクソン遺伝子の組合せを設計し、大腸菌や酵母菌で発現させて様々なモジュール置換蛋白質を作製すると共に、この置換蛋白質の構造及び機能を解析している。現在、細胞増殖、分化、細胞死などを人工的に制御にする新規蛋白質の創製を目指している。