第 8回　　ウィルスに学ぶバイオ素子

ウイルスが子孫を生み出すために起こる「感染」 彼らは、ナノレベルの複雑な突起と形状を利用し、細胞に効率的に吸着し、悪玉DNAを注ぎ込む。 その機構を逆用、善用する、ウイルスに学ぶ新技術とは?

ウイルスは、その恐ろしい性質とは裏腹に、核酸とタンパク質が形づくる美しい形状を持っています。インフルエンザやエイズのウイルスは、幾何学的な凹凸を持っており、SARSの原因となるコロナウイルスも表面に大きな突起が並ぶ金平糖型です。

その他地球上には、長細かったり、葉巻型だったり、円盤型など様々な形状をしたウイルスが存在しています。

形態形成の効率から見れば、真球に近づくべきはずのウイルスがなぜ、こうした無意味とも思える、複雑な形態を備えているのでしょうか。実はそこにナノ世界の物性に裏付けられた、生き残るためのノウハウが存在していたのです。

ウイルスが子孫を生み出すために起こる「感染」は、まず動物の体内に侵入し、細胞に接触してDNAを流し込むことで起こります。その時、無数の突起は、表 面積を大きくして吸着力を高め、分子が自律的に揺れるブラウン運動を利用し、細胞接触時の圧力を強化するのです。いかに効率良く細胞に取り付くか。それ が、ウイルスの突起の秘密だったのです。

そして今、ウイルスが病気を生み出す機能を“病気を治す機能”へと応用する、バイオ素子の研究が登場しようとしています。人工的にウイルス型のナノ粒子を 生み出し、悪玉DNAではなく、治療を促す免疫原を流し込めば、ワクチンが誕生します。突起にレクチンなどのウイルスと接着しやすい物質を塗り、そのサイ ズのウイルスだけを捕まえることもできるのです。

このウイルスの形を人工的に作り出す秘密は、散逸構造にあります。代表的な例は、空に浮かぶ雲。水蒸気は通常、空気中に満遍なく拡散されているのですが、 一つの塵やゴミに付着した時、それを核として、集まり、繋がることでどんどん大きな雲へと成長していきます。この特徴を応用して、小さなポリスチレンの表 面でアクリル樹脂を結晶化させると、それが突起となって、人工ナノ粒子が出来上がったのです。そして、普通のウイルスの大きさは最大300nm程度、エイ ズウイルスは小さめの100nm前後ですが、この人工ウイルスは直径100～500nmまでと、本物とほぼ同じ大きさを再現することが可能なのです。

また、そのアクリル樹脂の突起間距離を１００nm程度にし、その隙間にレクチン（エイズウイルスや赤血球、白血球を吸着させる物質）を塗っておくことで、 大きな物質（赤血球や白血球）は除外し、１００nmのエイズウイルスだけを取り去ることが可能となります。血液製剤などのウイルスを予め取り去ることに よって、これによる感染を未然に防ぐことも可能となるでしょう。

ウイルスの形態と生態の研究、ナノテクノロジーによる摸倣創製と物性の研究。両者の素晴らしい出会いが、ナノ粒子が集まってつくる中空の球に、抗がん剤な どの薬品を閉じ込める薬物除法担体（DDS）の開発、血液製剤に混入したエイズウイルスの除去技術などに結実しようとしているのです。

金平糖型の人工ウイルスを水へ入れ、それを冷凍し乾燥させると、凍って体積が大きくなった水は、ウイルスを押し出します。それらは、互いに集まり、突起が 歯車のように噛み合って、中空の球体ができることが発見されました。この内部に薬などを閉じ込めることで、ＤＤＳに利用できるのではないかと、更に実用に 向け研究が行われています。ウイルス型粒子は、物性の解明とともに、次世代の医療に役立つものづくりにも大きく貢献していくことでしょう。