2022年10月13日、理化学研究所(理研)らの研究グループは、世界中の1000種を超えるクモからクモ糸を採取することで、クモ糸タンパク質の構造とクモ糸の物性について網羅的な情報をデータベース化したというプレスリリースを発表した。では、理化学研究所らの研究グループはなぜ、クモ糸に関する情報をデータベース化しようと考えたのか、またこのデータベースにどのようなメリットがあるのだろうか。今回は、そんな話題について紹介したいと思う。
クモ糸に関する情報をデータベース化
理研のマライ・アリ・アンドレス上級研究員、沼田圭司チームリーダー(京都大学教授)、京都大学の土屋康佑特定准教授、慶應義塾大学の荒川和晴教授らの研究グループは、クモ糸タンパク質の構造とクモ糸の物性について網羅的な情報をデータベース化し、「Spider Silkome Database」として公開した。このデータベースは、世界中に生息する1,000種を超えるクモから採取したクモ糸の分析データをもとに作成されている。
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クモ糸の構造と力学物性を収録したデータベース「Spider Silkome Database」(出典:理化学研究所)
では、なぜ彼らはクモの糸に関するデータベースを作成したのだろうか。
実は、クモ糸は強度がとても高い天然繊維で、クモの種類やクモ糸を構成するタンパク質によって幅広い物性を示す。人工的に合成したクモ糸は、次世代の高強度構造材料などへのさまざまな活用が期待される。しかしながら、天然のクモ糸タンパク質の種類やアミノ酸配列がどのような物性を与えるのかは、完全には解明されていなかったという。複数の種類があるクモ糸の中で特に高いタフネス(靭性)を示す牽引糸(クモの巣の縦糸やクモがぶら下がるときのライフラインとして利用されるクモ糸)のタンパク質について、アミノ酸配列と物性の関係について調べられた報告はあるが、その範囲は限定的であった。材料物性を制御した人工クモ糸材料を合理的に設計するには、天然クモ糸の構造と物性の相関について包括的な知見が必要となるのだ。
そのため、理研らの研究グループは、世界中の多種多様なクモ糸タンパク質の構造と物性についてのデータベースを構築することにより、得られたデータを総合的に解析することを目指したのだ。
では、データベース化した研究成果について少し詳しく紹介したい。まず、世界中のクモを系統的に分類し、クモの細胞から抽出したRNAの解析によってクモ糸タンパク質のアミノ酸配列情報を収集。また、クモから牽引糸を採取し、引張強度・伸び率・タフネスなど12種類の物性を測定して、アミノ酸配列などの構造に関する情報とひも付けたデータベースを作成した。また、クモ糸タンパク質の構造と物性の相関をもとに、タフネスに寄与するアミノ酸モチーフを同定することにも成功しているという。
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クモ糸のタフネスに対するクモの種類とアミノ酸モチーフの影響(出典:理化学研究所)
もちろんこのデータベースには専門的な内容が多分に含まれているのだが、クモ糸の専門家ではない方でも楽しめるサイトだ。
なお、この研究成果は米国のオンライン科学雑誌『Science Advances』(10月12日付:日本時間10月13日)に掲載されている。
いかがだったろうか。生物や天然由来の素材の知見を生かして人工的な素材を作る試みは、クモの糸以外にもたくさんあるだろう。このような研究の先に、我々人類が、生物の強みを生かした最強の人工的素材を手に入れる日が来るのだろう。
