培養細胞から個体を再生する

岡田 山田先生と僕は、片や植物、片や動物と研究対象は異なりますが、戦後、生命科学が発展する時代を共に過ごしてきました。あらためて山田先生の研究の歩みをたどってみますと、戦後のいわゆる植物細胞工学の歴史そのもののような感じがします。植物の細胞培養から始まり、最後に個体のところへ戻られる。細胞工学の流れというのはまさしくそうだったなあと思いましてね。ところで、植物細胞の培養というのは世界的にはいつ頃から始まったんですか。

山田 1902年にドイツのハーバーランドが植物は１個の細胞が個体としての機能をもち、その細胞を培養することができるのではないかと発表しました。その後、多くの方が細胞培養を試みましたが、培養技術や培地が不十分で成功せず、最初に成功したのが後にフランス学士院院長となるゴートレーらでした。1930年代のことです。そして、サイトカイニンなどの植物ホルモンが発見され、1958年にはアメリカのスチュワードがニンジンの培養細胞から植物個体を再生する。

岡田 あれがエポックメイキングな論文ということですか。

山田 非常に大きい。それで私も細胞培養をぜひやってみたいと思いました。私は植物を誇りに思っていますが、植物のほうが動物より先に分化全能性をもつＥＳ細胞（胚性幹細胞）のようなものを見つけて、個体に戻した。

岡田 そうですね。

山田 しかし、不幸にして植物はいつも虐げられていて（笑）。

岡田 僕が細胞融合の論文を発表したのは1957年ですが、その次の年のスチュワードの論文にはびっくりしましてね。そのとき何を思ったかというと、動物で培養細胞から個体ができるんだったら、とてもじゃないがヒト細胞の培養は危なっかしくてできない。その点、動物はそうはならんから安心して実験できるな、と。

山田 あの論文でしばらく動物の人が植物に移ったんですよ。それでも、アメリカ留学から私が日本に帰国したのは1965年ですが、そのとき日本では20人もおられましたでしょうか、植物の細胞培養をしていた人。わが国では、少し遅れていましたね。

岡田 動物のほうも培養を日本で一般的にやりだしたのは1960年からです。5年ほど世界から遅れています。小児麻痺が流行して、ワクチンを作るのに細胞培養が必要ということがきっかけでした。動物のほうは病気との関係がいつも一つのエポックを作っています。

山田 それで、私、日本に帰ってきまして、まずはイネの細胞培養をやろうと。ニンジンやタバコなど双子葉植物では細胞培養はできるが、単子葉植物のイネはできないといわれていましてね。そんなはずはない。双子葉でできて単子葉でできないはずはないと。それがうまくできまして、単子葉植物の一つのブレークスルーとなり、今日の品種改良にもつながっています。

岡田 あの頃のことを思うと、植物細胞のほうはもうとにかく個体を簡単に作れる。もしも種を超えた細胞相互を人為的に融合させることができたら自然のバランスを破壊するんじゃないかとか、先走りした話がいっぱいありましたね。今もそうですが、時代時代に先走りの話が出てくる。先生はそれから個体の再生にいかずに、特徴のある細胞を選抜して増やしていくことに進んでいかれるわけですけれど、もうそのときは個体を作ろうという気はほとんどなかったわけですか。

山田 細胞の培養を始めたとき、培養した細胞はどれも非常に均一である。その点、個体を研究するよりも…。

岡田 研究しやすい。そういう期待があったわけですね。

山田 さらにスチュワードの論文には、すべての１個の細胞から個体に戻すことができるとは書いてなかったんですが、私はどの細胞からでも戻るんじゃないかとインプットされていました。しかし、いろんな培養細胞をみているとヘテロ（異型）であり、機能発現においてバラツキがある。それで、培養細胞を使った研究のほうがきれいなデータが出ると思ったことに疑問をもちだした。では、何のために細胞培養をしているのか。培養細胞がヘテロであるということは、逆に考えるとある特徴をもつ細胞を選ぶことができるんじゃないか、それに気がついたわけです。

岡田 すばらしいですね。

山田 それが一つの転機になりました。1970年代のことです。

植物が作る有用な物質に着目

岡田 それからシコニン、ベルベリン、アトロピンなど、植物特有の二次代謝産物の大量生産などに着目されていくわけですね。

山田 まずは植物特有の機能は何かというと光合成である。それで、光合成をする細胞を作ろうと思いました。普通の細胞培養は蔗糖を培地に入れているから、細胞は光合成をする必要がない。光を当てたって葉緑体はできない。細胞というのはなまけものなんですよ（笑）。それを少し飢餓状態にしてやるとできるようになる。その中から葉緑体という細胞内小器官への機能分化をもった細胞を選び出していく。

岡田 その場合、とにかく未分化の細胞の塊である“カルス”は作っておくわけですね。そこからそういう特徴をもった細胞を選んで増やす。

山田 そうです。そして、今度は葉っぱや根っこに組織分化するときの生化学的な代謝の変化をみようとしました。しかし、ある酵素が関わっていても、それは組織分化した結果なのか、原因なのかわからない。植物が生きるために必須の一次代謝産物を調べることは非常に難しい。こりゃダメだと思いました。そのうちに気がついたのが、二次代謝産物です。ある植物は特定の非常に有用な二次代謝産物を作る。この代謝機能なら比較的容易に調べられるだろうと。

岡田 それ、ずいぶん時間かかったでしょうね。頭の中で整理するの。

山田 そういう進み方をした人は日本にはほとんどいませんでした。それで、われわれの研究のユニークさも評価された。

岡田 すごい展開ですもんね。“バイオ口紅”、あれを聞いたときはヘーッと思いましたね。ああいう言葉というのはビクッとするんですな。

山田 あれは他の研究者と共同で医薬用としてムラサキ植物の細胞を選抜、培養して二次代謝産物であるシコニンを大量に生産したんです。当時、口紅は30万本くらいがそれまでの販売レコードだったのですが、松田聖子さんのＣＭの効果もあって200万本くらい売れたそうです。そうしますと、ロンドンの大英科学博物館から申し入れがありましてね。世界で最初にできた植物細胞培養の製品だから送ってくれと。

岡田 えらい名誉ですな。今の産学協同というものの、ほんと先がけですね。

山田 それから、これが私の一番誇りにしているものですが、いわゆる向神経剤にあたるアトロピン、スコポラミン…。

岡田 医学にとってはなくてはならんものですね。

山田 地下鉄にまかれたサリンによって乗客の瞳孔が収縮した。そのときアトロピンを注射して失明を防いだ。不思議なことに、チョウセンアサガオ、ハシリドコロ、ヒヨスなど、ナス科の植物がこういう変わった二次代謝産物を作るんです。ハシリドコロというのは、子どもが誤って口に入れると興奮して走りまわるところから名前がついています。しかも、だいたいアトロピンが最終産物なんですが、それに酸素原子が１個入るとスコポラミンになる。これは神経を鎮める鎮静作用があります。興奮から鎮静に変化して、生化学的にも非常におもしろい。それで、これらの二次代謝産物の生合成過程を解明しようとなりました。そのとき、若い学生は分子生物学の知識をもっていますから、それでやろうというわけです。

岡田 そこまできたら、若い人はみんなそうでしょうな。

山田 それで、「じゃあみんな僕をかついで一緒に走ってくれ、僕も勉強するから」となって、分子生物学も取り入れ、全生合成過程の酵素反応を調べていきました。全部ではありませんが、大事なところの酵素はタンパクの結晶化まで進むことができました。

岡田 それは大変でした。スコポラミンまでの酵素をとられたわけですね。

山田 最終的にはアトロピンをスコポラミンに変える酵素を見つけました。その酵素の遺伝子がとれたものですから、アトロピンが最終産物である植物の培養組織に導入した。そうすると、その個体でできたものはすべてスコポラミン、これはうれしかったですね。遺伝子操作によって付加価値の高い物質を作ることができた…。

岡田 世界で初めての例になったわけですね。特徴のある細胞を選抜して増やすことから、最終的には遺伝子操作をした個体の再生へと、細胞培養からのお仕事の起承転結ができた。

山田 その中では、培養細胞はヘテロですよ、というのを見つけたのがやはり一番大きかったですね。

 

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有用物質生産の植物バイオテクノロジー