べん毛モーターで
運動する細菌。
その仕組みを知りたい！

　細菌（バクテリア）は、たった一つの細胞からなる単純な生き物だが、驚くべきことに、目標に向かって動くためのモーターを持ち、さらには外界の情報をキャッチするためのセンサーまで備えているという。「細菌は非常に粘性の高いネバネバしたところを動き回っています。私たち人間で言えば、蜂蜜を入れたプールの中を泳ぐようなもの。細菌たちは尻尾のような“べん毛”を回転させ、そんな大変なことをやってのけているのです」。こう話すのは、東北大学大学院工学研究科応用物理学専攻で細菌の運動などを主要テーマに研究を進めている中村修一准教授である。中村准教授が細菌の運動について関心を持つきっかけとなったのは、茨城大学農学部の学生だった時に見た１枚の電子顕微鏡写真だったという。「その写真は衝撃的でした。大腸のヒダの部分すべてに、らせん状をした細菌のスピロヘータが刺さっていた。スピロヘータが何かしらの運動をしない限り刺さるはずがない。べん毛モーターを使って細菌が運動している、さらにそのエネルギー源は水素イオンだということはわかっていましたが、その仕組みまではまだ明らかになっていませんでした。そこのところが知りたい！そんな強い思いから、この分野に足を踏み入れることになりました」。

　中村准教授は、茨城大学農学部卒業後、同大学大学院農学研究科修士課程に進学。大学院に籍を置きながら、食品総合研究所（現在の国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構食品研究部門）を舞台に細菌の運動について研究を深めていった。「当時、食品総合研究所に細菌の運動を専門に研究している民間出身の研究者がおり、その方の指導のもと、豚から取ったスピロヘータが粘性の高いところでどのように運動するのかを研究しました。スピロヘータは粘性が高いところであればあるほど速く動く、というのも興味深い点でした」。

物理を道具に
生物の構造や機能を理解、
生物物理学という
新たな分野へ。

　食品総合研究所で研究に打ち込んだ２年間は、中村准教授にとって新たな視点との出会いの時間ともなった。「それまで私が属してきた農学、生物学の世界では、現象を観察し、いろいろなものと比較し、そして考察します。一方、運動に関する研究はもともと物理学のテーマであり、そこでは、計測し、解析し、どんなに複雑な現象でもシンプルに数値化しようとします。食品総合研究所での２年間は、私に物理の視点から見ることの面白さを教えてくれたとともに、物理を道具に生物の構造や機能を理解しようとする、生物物理学という新たな分野へ道を開いてくれることにもなりました」。

　修士課程を修了した中村准教授は、さらに研究を続けるため大阪大学大学院生命機能研究科へと進学する。農学の世界から理学の世界へ。その進路には戦略的な意味合いもあったという。「農学部の４年間で生物学や獣医学的な観点から学び、食品総合研究所の２年間で物理の視点の獲得に努めた。次に自分の中でやるべきことは何かを考えた時、運動に関する基礎知識の点で自分はまだ弱い。べん毛そのもの、運動そのものについてもっと基礎的なところから知らなければと思ったのです」。

博士課程の３年間では、べん毛モーターの機能を調べるため、様々に条件を変えて研究を進めたという。こうしたらスピードが遅くなった、遺伝子をこう変えたら遅くはならないけれど力が弱くなったなど、そうした結果を積み上げることで、べん毛モーターの回転の仕組みや回転に重要な要素は何かといったことが徐々に明らかになってきた。「これらの研究を通して、遺伝子を操作する分子生物学について知見を深めることができたことも、収穫の一つだった」と中村准教授は話す。