一つひとつの細胞はどんな個性を持っているのか

コンピュータを使って生命の仕組みを理解する

体の中には神経や心臓の細胞など、さまざまな細胞がありますが、細胞の中にある遺伝子のゲノム配列は、すべて同じです。ひとつの設計図から多様が生まれる仕組みを解くには、一個一個の細胞を高精度に計測し、膨大な情報をコンピュータにのせ、共通する特徴や違いを見つけ、理解していく必要があります。細胞そのものはアナログですが、情報をデータ化してコンピュータで扱うには、AIや機械学習のアルゴリズムなど、研究には高度な数学が欠かせません。また、計測技術や実験技術を新たにつくる必要があります。

技術の飛躍的な進歩によって可能に

2010年代の前半から、細胞内の全遺伝子が持つ機能を計測する研究が本格化しました。計測できる細胞の数が増えていき、2010年代の後半には、日本での研究により、計測の精度が飛躍的にアップしています。「1細胞RNAシーケンス」という、細胞内のRNAを調べて、どの遺伝子が、どれぐらい使われているのかといった情報を取り出す技術です。
細胞の個性と疾患との間には大きな関わりがあります。例えば、脳疾患の原因を解明するアプローチとして、患者の血液から細胞を取り出し、iPS細胞を作って分化させれば、間接的に脳の細胞群を再現することができます。そこで一個一個の細胞を健常者のものと比較すれば、どの細胞が特定の疾患に関係しているかがわかってくるのです。合わせて細胞ごとの薬の効果も確認できます。

一個の細胞と細胞群とを比較する

研究を進めると、どの細胞とどの細胞が物質のやりとり、つまりコミュニケーションをしているか、細胞という一つひとつの個性が、集団の中でどのように働いているかといったことも、だんだんわかってきます。病気や老化が見られるのは、そういう関係が破綻した時、つまり個性のハーモニーが崩れた時です。また、一個の細胞と細胞集団の機能や振る舞いを計測すると、個人と社会の仕組みとの関係と、共通性が見えてくることがあるのです。

参考資料

理化学研究所生命機能科学研究センター研究所URL

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東京科学大学医歯学系（旧・東京医科歯科大学）総合研究院難治疾患研究所ゲノム機能情報分野教授二階堂愛先生

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ゲノム科学、細胞生物学、生命情報科学

先生が目指すSDGs

メッセージ

あなたが研究者をめざすなら、独自性のあるデータをたくさん持っている大学を選ぶことをすすめます。東京医科歯科大学の私たちのチームは、細胞一つひとつの全遺伝子を計測して情報を取り出す技術を確立しています。最新のAI技術やメディカルサイエンスのデータが集まる、エキサイティングな場です。将来、社会を変える研究も可能でしょう。
そして高校生のうちから、自分の好きなものに気づける訓練をしてください。それはいろいろな経験をして身につく能力です。入学したら、最後までやり抜く力を、4年間で磨いてください。

先生への質問

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東京科学大学医歯学系（旧・東京医科歯科大学）に関心を持ったあなたは

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