2016年「化学賞」は誰の手に? 日本科学未来館がノーベル賞予想

2016年「化学賞」は誰の手に? 日本科学未来館がノーベル賞予想

[写真]2016年「化学賞」は誰の手に?(ロイター/アフロ)

 2016年のノーベル賞発表が迫っています。10月3日の生理学・医学賞を皮切りに、4日には物理学賞、5日化学賞と自然科学3賞を発表。平和賞は7日、経済学賞は10日です。日本科学未来館では、毎年、科学コミュニケーターが今年の受賞にふさわしい研究者を紹介しています。

幅広い領域が対象となり予想は難しい

 自然科学3賞の発表は毎年、化学賞が最後になります。生理学・医学賞と物理学賞の余韻の中で化学賞を迎えるわけです。1987(昭和62)年の利根川進博士以降、自然科学3賞の日本人受賞は2000年までありませんでした(文学賞は1994年に大江健三郎氏が受賞)。2000(平成12)年10月、今年も日本人はないのかなという半ばあきらめに近い思いで迎えた日に、白川英樹氏に化学賞を贈ることが発表されました。以降、2012年まで3年連続の日本人受賞となり、3年とも化学賞が含まれています。

 分野が広すぎて予想が難しいとされる化学賞ですが、今年はどんなテーマが選ばれるのでしょうか? 科学コミュニケーターが選んだ3つの研究を紹介します。

 化学賞は物理学賞のように規則的な傾向があるわけではありません。また、「化学」という分野自体が幅広く、それを反映してノーベル化学賞も非常に多彩です。昨年の「DNA修復のメカニズムの研究」は生理学・医学賞で受賞してもおかしくないですし、一昨年の「高解像度蛍光顕微鏡の開発」は、物理学の色合いが強いです。この守備範囲の広さから、受賞の予想をするのは非常に難しいのですが、あえて化学賞らしい化学の研究から、このお三方が受賞すると予想したいと思います。

■自己組織化分子システムの創出と応用

藤田誠(ふじた まこと)博士

《分子が分子をつくる》
 藤田博士は、「自己組織化分子」という研究の開拓者として化学界をリードしています。特に2013年に発表された「結晶スポンジ法」に関する研究は圧巻でした。いったいどんな研究なのでしょうか。

【自己組織化分子とは?】
 互いにくっつくことのできる小さな分子やイオンを「適切な環境」におくと、意思をもっているかのように集まって、その環境での最適な形をとります。バラバラだった分子やイオンが、秩序のある、より大きな分子へと組み上がっていくのです。これを「自己組織化」といいます。藤田博士は、素材となる小さな分子やイオンの性質を見極め、自己組織化という方法で大きな分子をくみ上げる手法を提唱・実践したのです。

 では、この自己組織化した分子で何をすることができるのでしょうか。

【どんなことができるの?】
 例えば、「孔(あな) ボコ」のある自己組織化分子(多孔性物質)をつくり、その孔の中をほかの特定の分子(イラスト1の男の子)にとって居心地のよい状態にすれば、その分子を中に閉じ込めることができます。

 普段は自由に動き回っている分子が中でじっとしていれば、じっくり観察したり、操作したりすることが可能になります。それだけではありません。「孔ボコ」がきれいに整列した状態の自己組織化分子をつくり、そこに他の分子を閉じ込めれば、その分子の「単結晶」を用意したのと同じようにして正確な形の解析ができます。

 分子の形を知ることは、その分子の「性質」や「反応メカニズム」を知る第一歩となります。その分子がタンパク質などの生体分子である場合には「生命現象の解明」や「薬の開発」などにもつながります。このため、あらゆる分野の科学者が分子の形を知りたがっています。しかし、単結晶をつくるのは非常に難しい分子が多く、科学者が100年間も悩んでいる問題なのです。

 イラストのように孔を規則正しくもつ単結晶を「自己組織化」によってつくりだせば、中に入る分子(イラストの男の子)がじっと規則正しく整列した状態を簡単につくることができます。つまり、中の分子の形を簡単に知ることが可能になるのです。これが「結晶スポンジ法」です。

 この手法は「結晶になりにくい分子や結晶にならない液体のような分子の形も分かる」、「ごく微量のサンプル量があれば解析できる」といった利点があり、あらゆる分野での応用が期待されています。

 化学の力によって化学の問題を解決している、まさにノーベル化学賞を受賞するのにふさわしい内容だと思っています。

◎予想=科学コミュニケーター・梶井宏樹

■本多−藤嶋効果(酸化チタンの光触媒能)の発見

藤嶋昭(ふじしま・あきら)博士

《一条の光できれいな世界を》
 藤嶋博士は酸化チタンに光触媒反応が起きることを発見しました。酸化チタンを物質表面にコーティングするだけで殺菌・消臭・防汚効果が得られます。そのため、手術室の壁や医療機器、掃除の難しいビルの外壁などに使われています。

 当時、大学院生だった藤嶋博士は水の電気分解の電極に偶然、酸化チタンを使用したことで、人工的に水を分解して酸素を放出する・・・、まさに「人工光合成」とも言える現象を発見しました。

 「光合成」とは植物やある種の細菌が太陽光を利用して、二酸化炭素と水から酸素と炭水化物をつくる反応のことです。光合成には葉緑素(クロロフィル)の「化学反応を触発させる能力」が欠かせず、この葉緑素のように特定の化学反応を促すものを「触媒」といいます。光によって触媒機能を発揮するものを、とくに「光触媒」と呼んでいます。

 では、なぜ酸化チタンは汚れを除去したり、殺菌したりする能力があるのでしょうか。その秘密は「酸化力」と「超親水性」にあります。

 酸化チタンでコーティングされた外壁などの表面に汚れがあったり、菌がいたとします。光を受けた酸化チタンは光触媒反応によって、汚れや菌を酸化して分解します。酸化・分解された汚れや菌は二酸化炭素や水などになります。

 さらに「親水性」という性質も効いていきます。親水性とは水になじみやすい性質のことです。図のように、酸化チタンの表面に汚れと水滴がついたとします。紫外線が当たると、酸化チタンの表面は水となじみやすい性質に変わります。そうなると、水が汚れの下に潜り込んで、直接酸化チタンの表面と接触します。汚れなどが水に浮いた状態になるわけです。水は酸化チタンの表面の隅々まで広がるので、表面にあるすべての汚れが水とともに流れ落ちていくのです。

 こうした効果のある酸化チタンは世界中で利用されています。全人類の幸福のための科学研究こそ、ノーベル賞にふさわしいのではないでしょうか。

◎予想=科学コミュニケーター・陳ドゥ

■ドラッグデリバリーシステムへの貢献と組織工学の提唱

ロバート・ランガー(Robert S. Langer)博士

《すべては人々の健康のために》
 ランガー博士が開発したのは、薬や医療に使う細胞などを格段に使いやすくしたり、実現可能なものにしたりする手法です。薬や細胞に「化学の工夫」を添えることで、それを実現しました。

【ドラッグデリバリーシステムへの貢献】
 病気になったときに飲む薬。実は身体の中では薬を「悪いやつ」と勘違いして患部まで届かせないような「関門」がたくさんあります。

 こうした「関門」を突破する方法として「ドラッグデリバリーシステム (以下DDS)」という技術があります。そんなDDSにおいてランガー博士は、マイクロサイズやナノサイズ の小さな小さなカプセルの内部に薬を入れ、長期間、安定的に薬が溶け出す手法を開発しました。(※1マイクロメートルは1000分の1ミリ、1ナノメートルは100万分の1ミリ)

 この技術により、がんの成長を促す新しい血管をつくらせない薬をカプセル内に入れることで、がんを兵糧攻めにできるなど、新しい治療法として確立し、今では様々な種類のがん、糖尿病、統合失調症など幅広い分野での治療に利用されています。

【組織工学の開発】
 もう一つの功績は、細胞と人工物を上手く組み合わせて、「生きた組織・臓器」をつくるという「組織工学」を開発したことです。

 病気やケガなどで臓器や組織の移植を必要とする患者さんは多いのですが、つねに提供者不足の状態です。そこで移植用の臓器をつくる研究が世界中でずっと前から進められていました。歴史的に古くから研究されてきたのは、プラスチックやファイバー、金属などでつくる人工臓器です。心臓や関節などで一定の成果をあげています。

 ランガー博士の提唱した「組織工学」のユニークな点は、人工物に細胞をうまく組み合わせてつくろうとしたところ。細胞を培養して立体構造をつくるのは非常に難しいので、最初から立体的な人工の「足場」の上に細胞をまくという手法を提案したのです。足場の素材を生分解性プラスチックにすれば、いずれは溶けてなくなり、細胞だけでできた組織になります。

 肝臓や腎臓のような複雑な臓器は、まだ研究段階ですが、軟骨や皮膚などはこの手法でつくられたものが、すでに患者さんに移植されています。

 数々の新しい技術を生み出してきたランガー博士。今でもDDSと組織工学をさらに発展させ、人々が健康に暮らせるよう邁進しています。ぜひ博士が生み出した新しいDDSと組織工学に注目してみてください。

◎予想=科学コミュニケーター・伊藤健太郎

10月5日夕に受賞者を発表

 今年のノーベル化学賞は日本時間の10月5日(水)午後6時45分頃から発表されます。今回紹介した3つの研究については、下で紹介している日本科学未来館の科学コミュニケーターブログでより詳しく解説しています。予想が当たっても当たらなくても、これを機会にご紹介した研究や研究者にも興味を持っていただけたらと思います。

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◎日本科学未来館 科学コミュニケーター 伊藤健太郎(いとう・けんたろう) 
1982年、千葉県生まれ。専門は地球年代学。博士課程の途中に青年海外協力隊としてベナンで理数科教師を経験。バイクと車が大好き。金沢大学大学院自然科学研究科を修了後、放射線測定に従事した後2015年4月より現職

《関連リンク》
・自己組織化分子(http://blog.miraikan.jst.go.jp/topics/201609062016.html)
・酸化チタンの光触媒(http://blog.miraikan.jst.go.jp/topics/201609142016-3.html)
・DDSと組織工学(http://blog.miraikan.jst.go.jp/topics/201609212016-6.html)