生物の複雑な構造を3次元で解き明かす

哺乳動物遺伝研究室・城石研究室


国立遺伝学研究所哺乳動物遺伝研究室の城石俊彦教授と技術課職員の前野哲輝さんらのグループは、CTスキャンにより様々な小型生物の複雑な構造を立体的に観察する技術を確立しました。

生物学は博物学的な形態観察や形態の違いによる系統分類といった観察を中心に発展してきました。現代の分子生物学においても様々な生命現象を観察して記述することはとても重要なことで、生物学と「観察」は切っても切れない縁にあります。その要求から、様々な観察技術が目覚しい発展を遂げ、高倍率、高感度などの多種多様な高機能を実現してきました。

その技術の中のひとつであるCTスキャンは、X線によるレントゲン撮影の技術を応用して、様々な方向から撮影した画像データをコンピュータ処理により立体的に構築し、対象物の構造を3次元で捉えることを可能にしました。このCTスキャンの技術は特に医療の分野で力を発揮しています。しかし、これまでの生物学研究におけるCTスキャンの用途は、骨などの硬部組織の観察に限定されているうえに、その解像度や感度は小型生物を研究するには十分ではありませんでした。

城石教授と前野さんらのグループは、軟部組織を染色する最新技術をいち早く導入し、固定法、造影剤の活用法、撮影条件、画像データの活用方法の全行程にわたり、対象となる生物種や組織に応じて、様々な検討を重ねてきました。これらの経験から、CT装置の特徴を生かし、多様な研究目的に応じた至適条件を見出し、生物の複雑な構造を生物学の研究に十分な解像度、精度、感度で3次元的に解析する技術を確立しました。現在、その技術により、海洋小型生物、昆虫、魚類、マウスなど、生物種の枠を超えた多岐にわたる生物の観察が可能になり、CTスキャン装置を駆使した多彩な研究支援を行っています。

この技術により、今まで見えていなかった生命現象や生物の複雑な構造が明らかになり、生物学の発展に大いに貢献することが期待されます。


(A)受精後14.5日目のマウス胎児のマイクロCTデータを高性能な画像解析ソフトで解析した結果
(B)受精後18.5日目のマウス胎児の喉頭周囲の3D画像
(C)遺伝研の敷地内で採取したアリ (クロオオアリ)
(D)ゼブラフィッシュの解析例

国立遺伝学研究所 3d Imaging Room(仮)