【農業生物資源研究所】遺伝子組換えカイコで医薬開発に挑戦

カイコが持つタンパク質生成の高い能力に注目

農業生物資源研究所では、さまざまな種類のカイコを飼育し研究に役立てるとともに、種の保全にも貢献している。

独立行政法人農業生物資源研究所（生物研）は、農業分野におけるバイオテクノロジーの中核機関として2001年に設立された。カイコが持つタンパク質生成の高度な能力に着目し、カイコが従来作る種類以外のタンパク質を作らせる研究を続けている。すでに、遺伝子組換えカイコ由来のタンパク質を使った化粧品が市販されているほか、将来的には安全で安価な医薬品の製造も視野に入れている。

研究の詳細を紹介する前に、まずはカイコについて解説しておきたい。養蚕は紀元前15世紀ごろが起源とされる。日本では1～2世紀ごろに始まり、1909年には生糸生産高が世界一になったが、化学繊維の普及や後継者不足などによって徐々に衰退。現在は中国やインド、タイが主な産地である。

日本国内には遺伝資源も含めて約600種類のカイコが存在するが、いずれも成虫（カイコガ）になっても飛ぶことができない。長い歴史のなかで養蚕に適するように品種改良、つまり“家畜化”されたためだが、これが遺伝子組換えカイコを産業化する際のメリットになる。遺伝子組換え生物はカルタヘナ法(※1)の対象で、厳密に管理しなければならない。カイコの場合、飛んで逃げる心配がないため管理しやすいのである。

カイコは一度に300～400粒の卵を産む。孵化した直後は糸くずほどの大きさだが、4回の脱皮を経て体重は1万倍に成長する。

カイコは孵化（ふか）からおよそ1カ月後に繭（まゆ）を作る。その繭の原料となるのがタンパク質。タンパク質は体内の絹糸腺という器官で作られるが、絹糸腺内の部位によって、作られる種類は異なる。後部絹糸腺ではフィブロインというタンパク質が、中部絹糸腺ではセリシンというタンパク質がそれぞれ作られる。

カイコが作り出す糸は、糊状のセリシンが繊維状のフィブロインを包み込んだ格好となっている。おおよそ、セリシン25％、フィブロイン75％の割合だ。糊状のセシリンは水溶性なので、繭をぐらぐらと湯で煮立たせると溶出し、繊維状のフィブロインだけを絹糸（シルク）として取り出すことができる。

何世代も機能を受け継げる遺伝子組換え技術

カイコの卵の大きさは直径1mm程度。生殖細胞に分化する部分を狙って注射するには熟練の技術が必要（写真上）。顕微鏡を使って卵にDNAを導入する主任研究員の内野恵郎氏（写真下）

さて、遺伝子組換えカイコの研究だが、遺伝子組換えカイコを作り出す際には、2つのDNAをカイコの卵に注射する。1つ目は、トランスポゾンというDNA上を移動できる遺伝子に、特定のタンパク質をつくるための外来遺伝子を組み込んだベクターDNA(※2)。もう1つは転移を促す酵素を組み込んだヘルパーDNA。これらを注射した卵を孵化させて、得られた次世代の個体群をスクリーニングすれば、利用可能な遺伝子組換えカイコだけを得ることができる。

「卵の中でも生殖細胞に分化する部分を狙ってDNAを導入することで、特定の能力を何世代にもわたって引き継ぐことができます。この技術によって遺伝子組換えカイコの量産が可能になりました」と生物研主任研究員の内野恵郎氏は話す。

生物研は９年前、外来遺伝子の性質が現れる場所をコントロールする技術も確立した。繊維状のフィブロインを作る後部絹糸腺で発現させると、シルクの改質が可能となり、生物研では蛍光色のシルクの開発に成功している。

農業生物資源研究所　遺伝子組換えセンター長　町井博明氏

一方、糊状のセリシンを作る中部絹糸腺で発現させると、糊の中に狙ったタンパク質を作ることができる。セリシンは水に溶けるので、タンパク質の抽出もたやすい。生物研遺伝子組換えセンター長の町井博明氏は、「当研究所では生成するタンパク質の98％以上がセリシンという品種も開発。それと組み合わせればより多くのタンパク質が得られる」と技術の有効性を強調する。

生物研は、群馬県蚕糸技術センター、前橋遺伝子組換えカイコ飼育組合、民間企業などと連携しながら研究を進めている。町井氏は「日本の養蚕業は厳しい状況にあるが、遺伝子組換えカイコが養蚕業の再活性化につながるかもしれない」と期待を寄せる。

化粧品から将来は医薬品開発へ

群馬県藤岡市にある株式会社免疫生物研究所では、生物研から技術提供を受けて、ヒト型コラーゲン(※3)を生成する遺伝子組換えカイコを作り出した。すでにそのコラーゲンを化粧品などに製品化している。

特に苦労したのはコラーゲンの抽出だった。1つの繭から生成されるコラーゲンは約10mg。これを抽出するためには繭の成分を水に溶かし、こして繊維質を除去しなければならない。しかし、糊状のセリシンがフィルターの目に詰まってしまい、思うようにこすことができないという問題が残った。免疫生物研究所製造・商品開発部蛋白工学室長の冨田正浩氏はさまざまな工夫を重ね、最終的に10mgのコラーゲンから6～7mgを回収する手法を編み出した。

免疫生物研究所はすでにヒト型コラーゲンを化粧品などに使用している。一般に化粧品には魚由来のコラーゲンを使ったものが多く、なかにはアレルギー反応を示す人がいるが、ヒト型コラーゲンなら問題ない。しかも、シルクや繭のイメージは化粧品のイメージアップにつながり、商業的にもメリットがありそうだ。

既存市場に新規素材を投入する際に、品質などと並んで重要なのがコスト競争力。免疫生物研究所では一部医薬品について、遺伝子組換えカイコ由来のタンパク質に価格優位性があるとみている。

「ゆくゆくは医薬品や医薬部外品を開発したいと考えています。たとえば、抗体を使った診断薬を開発する場合、細胞培養やマウスの体内で抗体を生産させるプロセスがあります。でも、動物愛護の観点からマウスの使用は減らしたいところですし、細胞培養にコストがかかって製品価格が上がるのも問題です。抗体はタンパク質の一種ですから、遺伝子組換えカイコで診断薬の原料となる抗体を作ることができれば、こうした問題はすべて解決できます。安全で安価な医薬品を作れる可能性があるのです」（冨田氏）

カイコが作る絹糸は、絹織物の美しさと滑らかな手触りで人々を魅了してきた。今後は、遺伝子組換えカイコが作るタンパク質が安全で安価な医薬品を生み出し、人々の健康に貢献するのかもしれない。

取材・文＝林 愛子
撮影＝ハンス・サウテル