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42生物工学
「バイオテクノロジー」とも呼ばれる生物工学は、細胞や遺伝子、生体の仕組みなどについて学び、生物学分野の基礎研究で解明された生命のメカニズムを利用して、新しい物質や技術を開発し、産業や医学・薬学への応用をめざす工学的な学問です。主な分野は「遺伝子工学」と「細胞工学」の2つです。
「遺伝子工学」は、遺伝子の組み換え技術によって生物に新たな特徴や性質を与え、遺伝子の解析などを行うもので、作物の品種改良や人間の遺伝子治療などにも関わります。「細胞工学」は、マイクロインジェクション（細胞への遺伝子注入）の技術で特定の細胞の状態を作り出したり、がんの原因の解明をめざす研究なども行われています。生命や自然への影響に関わる研究も多く、倫理観が問われる学問分野でもあります。
多くの人は医薬品・化粧品・食品・醸造などの企業に就職しますが、厚生労働省・経済産業省・環境省などの省庁や、国立の研究所に進む人もいます。研究開発職での就職を希望し、高い専門性を身に付けるために大学院へ進学する人もいます。
山形大学 工学部 機械システム工学科 准教授 西山 宏昭 先生
「手術が難しい脳内出血の患者を救うため、ミクロサイズの医師を乗せた潜航艇を血管内に送り込み、出血部をレーザー光線で治療しよう！」
これは半世紀も前に大ヒットした『ミクロの決死圏』というSF映画の話です。次世代型ロボットの開発が著しい現代において、大きさが赤血球と同じくらいのマイクロマシンを血管内に侵入させ自由に動かすという技術開発がすでに行われています。まるでSFの世界のイメージですが、至る所で導入が進むロボットが、活躍の場を人の体内へと広げようとしているのです。
体内にマシンを送り込む方法として注射器の使用が考えられますが、注射針を通る極小サイズにすることが大前提となります。しかも体内に入って、例えば赤血球をつかんだり離したりという複雑な動作を行えるようになることも必要です。とはいえ、いまだに3次元のマイクロ構造を作るだけで驚かれる時代です。LSI（大規模集積回路）を作る高度な技術をもってしても、極小な、しかも独立の動きをするマシンを作ることは難しいのです。
前出のSF映画では人が小さくなって潜航艇に乗り込み、外部と連絡をとりながら治療に挑みますが、現実世界では人を極小化することはできません。そのため血管に挿入したマイクロマシンを体の外からコントロールすることになります。ただし、人の体内は水分だらけですから電気を使うとダメージが大きく、最も有力なのが光と磁気を使ったアプローチです。
可視光（約400～800ナノメートルの波長範囲）では生体を透過しないので、「生体の窓」と呼ばれる透過しやすい近赤外線などを使って体内に入り込んだマシンを動かすことが検討されています。光と材料の最先端の相互作用や磁気を組み合わせ、生体内であっても複雑動作が可能なマイクロマシンを実現することで、難病の治療の可能性が期待できるのです。
前橋工科大学 工学部 情報・生命工学群 准教授 優 乙石 先生
細胞の中にはたくさんの種類のタンパク質やDNAなどの生体分子が共存しています。水の中に漂っているこれらの分子たちは、まるでギュウギュウ詰めのプールのような混み合った状態の中で絶えずくっついたり離れたりしながら移動しています。分子はとても小さく素早いので、顕微鏡で倍率を上げても見ることはできません。これらの形や動きはコンピュータによるシミュレーションで解き明かされるのです。
分子はさらに小さい原子が集まってできています。それぞれの原子がどれくらいの距離にあるとどんな力が働くかを、あらかじめ関数にしておきます。コンピュータにこれらの数式を入力すると、1つひとつの原子の周りにあるほかの原子との距離を計算して、その原子にどれくらいの力が働くかが導き出されます。この力がわかれば原子が次の時間にどこに行くかがわかります。想定した大きさの中のすべての原子について、それを膨大な回数繰り返すことで、パラパラマンガをめくるように分子全体の動きを追うことができるのです。こうしてコンピュータの中で、細胞内の分子が運動している様子を再現できます。
このようなシミュレーションは、膨大な量の演算を超高速で行えるスーパーコンピュータで計算されます。細胞内の分子シミュレーションは、コンピュータの性能が非常に進化したことから可能になりました。さらに、シミュレーションで得られた分子の形や動きを直感的に体験できるように、バーチャルリアリティ（仮想現実）を利用した観察システムも開発中です。
人間の細胞内の分子の形や動きがさらに解明されれば、薬の開発などにも応用が期待できます。非常に混み合った細胞の中で、薬の分子が目的のタンパク質分子の鍵穴のようなところに入っていくプロセスが分子レベルでわかれば、新しい薬の発見や副作用の予測などに役に立つでしょう。
岐阜大学 工学部 化学・生命工学科 教授 横川 隆志 先生
肌や臓器など生物のパーツを構成するタンパク質は、生命にとって重要な役割を果たしています。タンパク質の機能の解明は生命を追究することと同時に、創薬や医療などへの応用にもつながります。では、タンパク質はどのように作られているのでしょうか。
タンパク質を構成しているのは、20種類のアミノ酸です。アミノ酸の種類や数、連結される順番などにより、多様なタンパク質に作り分けられています。この内容を決めているのが遺伝子であるDNAです。DNAがどんなタンパク質を作るのかを指示しているのです。
人間も、酵母や大腸菌といった微生物も、タンパク質を合成する工程はほぼ同じです。したがって、微生物を利用すれば、スピーディーにタンパク質を作ることができます。でも、微生物の種類ごとに微妙な違いがあります。その違いを解明することで、より効率良くタンパク質を作れるようになります。
さらに、遺伝子操作によって設計図であるDNAを変えれば、新しいタンパク質を作れます。また、アミノ酸は、何百種もあり、人工的に作られたものを含めると膨大な量になります。これらを利用すると、今までにない新しい物質を作ることもできるでしょう。シルク以上に光沢のある繊維ができるかもしれないし、クモの糸より強力な物質ができるかもしれません。
また、近年になって21種のアミノ酸をもつ微生物（アーキア）が発見されました。これも多様な可能性を秘めています。メタンガスを発生させて生育するので、DNAを設計して大量のガスを発生させられれば、エネルギー問題に貢献できるかもしれません。さらに、アーキアは酸素がなかった地球史上の初期にも存在したと考えられる微生物です。きっとアーキアの研究は、生命の起源についての研究にもつながっていくでしょう。
このように、タンパク質の研究は、まだまだ未知の部分が多く、幅広い可能性を秘めた分野といえます。
崇城大学 生物生命学部 生物生命学科 准教授 古水 雄志 先生
iPS細胞の研究がノーベル賞を受賞したのを機に、世界中で再生医療の研究が盛んになってきました。ただ、細胞を増殖させて臓器を作る過程で、「がん細胞」が生まれる危険性が懸念されています。
がん細胞と聞くと、恐ろしい細胞が突然生まれてくるイメージを持つかもしれませんが、実は私たちの体の中では、「がんの芽」と言うべき細胞がほぼ毎日のように作られています。ほとんどの芽は、免疫機能によって摘み取られているのですが、細胞分裂の過程でがん化の危険性がある細胞が発生するのは、避けようのない現象なのです。
せっかく新しい臓器を再生しても、そこからがんが発生しては元も子もありません。そこで現在、細胞を増殖させる段階でがんの芽を探し出し、本物のがん細胞になる前に消滅させてしまう研究が進んでいます。芽を探し出してくれるのは、リン脂質などから作られた「ナノ粒子」です。
これまでの研究で、がん細胞は正常細胞と比較して細胞膜の構造が乱れているため、ナノ粒子を吸着しやすいこと、ナノ粒子が集積したがん細胞は、内部で細胞死のシグナル伝達が発生し、自ら死滅することなどがわかっています。この仕組みを使ったがん治療薬の臨床実験が行われていますが、それを再生医療の分野にも応用しようというわけです。
現在、肝臓細胞に分化させるための幹細胞とナノ粒子を使って、増殖中の細胞の中からがん化するかもしれない細胞をスクリーニングし、細胞死させる研究が進められています。肝がんは、細胞の性質が大腸がんや肺がんなどと似ているので、肝臓の細胞で技術が確立できれば、そのほかの臓器細胞の再生にも応用できるでしょう。
特定の臓器細胞になる前の未分化細胞、つまりiPS細胞の段階からスクリーニングが可能になれば、がん化する可能性が極めて低い、いわば保証付きの臓器再生が行えるようになるかもしれません。
情報科学と生命科学が両方学べる。ゲノム情報に興味があるから。
プログラミングを1年次から学べ、全国的に珍しい講義も多く、就職支援も充実していて就職率も全国的に高い水準にあるから
教育環境が整っている。雰囲気が良い。資格が取れる。
先生の熱意が伝わって来たこと。研究を実際に体験してみておもしろかった事、設備がすごいと感じた事です。
地域に貢献する大学として地元で活躍しているから
自分は将来製薬会社に勤めたいと思っているが、そのための専門分野の学習・研究が岐阜大学で可能だから。
見学に行った時先輩方や先生方に魅力を感じ、行きたい学部学科がありここで学びたいと思ったから
卒業後の就職先に創薬会社や、医療関係に勤めた方がおおく、魅力を感じました。
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山形大学 工学部
目指している医療福祉分野を学べるのに適していたから。
学校に行ってみて先輩たちが熱心に研究していたので魅力を感じました。