X 線レーザーで生きた細胞をナノレベルで観察することに成功

X 線レーザーで生きた細胞をナノレベルで

観察することに成功

－生きた細胞を，ナノメートルの分解能で

定量的に観察できる優れた手法を

世界で初めて確立－

2014/1/7

国立大学法人 北海道大学

独立行政法人理化学研究所

公益財団法人高輝度光科学研究センター

学校法人東京薬科大学

共和化工株式会社環境微生物学研究所

プレスリリース

詳細は、リンクを参照して下さい。

---------------------------------------

研究成果のポイント

・X 線自由電子レーザーを用いて，生きた

　細胞内部のナノ構造を高コントラストで

　可視化。

・フェムト秒の発光時間の X 線で，

　細胞が放射線損傷を受ける前の一瞬の

　姿を捉えることに成功。

・生きた細胞内の現象の解明や，自然な

　状態にある生体分子のナノ構造の解明

　に期待。

-----

研究成果の概要

　北海道大学，理化学研究所（理研），

高輝度光科学研究センター（JASRI），

東京薬科大学，共和化工株式会社

環境微生物学研究所は，

　X 線自由電子レーザー（XFEL）施設

SACLA※1を用いて，生きた細胞の

ナノレベルでの観察に成功しました。

　これは，北海道大学電子科学研究所の

西野吉則教授，木村隆志助教，

理研・放射光科学総合研究センターの

別所義隆チームリーダー

（現 客員研究員），JASRIの城地保昌

チームリーダーらの研究成果です。

　電子顕微鏡や X 線顕微鏡を用いて

生きた細胞をナノ（10 億分の 1）メートル

の分解能で観察することは，これまで

不可能でした。

　これは，観察に用いる電子線や X 線の

照射によって，細胞が死んでしまうため

です。

　研究グループは，10 フェムト秒※2以下

という極めて短い XFEL の発光時間を

利用して，細胞が放射線による損傷を

受ける前の一瞬の姿を捉えることに成功

しました。

　観察には，コヒーレント X 線回折※3

という先端的手法が用いられ，細胞内部

のナノ構造が高いコントラストで可視化

されました。

　本研究により，XFEL が，自然な状態

にある生物試料を観察できる優れた能力

を持つことが示されました。

　今後，細胞生物学へのさらなる応用が

期待できます。

　また，さらに分解能を向上させることに

より，自然な状態にある生体分子の

ナノ構造の解明など，医学上重要な応用

への道も開かれます。

　本研究は，文部科学省 X 線自由電子

レーザー重点戦略研究課題，

科学技術振興機構戦略的創造研究推進事業

（CREST），日本学術振興会科学研究費

補助金等の支援を受けて実施されました。

　本研究成果は，英国のオンライン

科学雑誌「Nature Communications」

（2014 年 1 月 7 日付）に掲載され

ました。

---------------------------------------

　生きた細胞内部のナノ構造を

高コントラストで可視化できた

と言うことは素晴らしい。

＞XFEL は，現在，日本とアメリカの

＞2 つの施設でのみ利用可能な，

＞最先端の X 線です。

＞XFEL の発光時間は 10 フェムト秒以下

＞と，大型放射光施設 SPring-8 からの

＞ X 線と比較して 1,000 分の 1 以下の

＞短さです

　すごいですね。

＞従来の結晶構造解析などでは見ること

＞のできなかった，自然な状態にある

＞溶液中の生体分子のナノ構造を

＞観察できると期待されます。

＞生体分子のナノ構造の解明は，

＞生命現象の理解や医学への応用へと

＞繋がり，ライフイノベーションにも

＞貢献します。

　大いに期待したい。