様々な蛍光を発する分子マーカーを用いる細胞追跡技術は、生物学を大きく変える技術としてノーベル賞に輝いた。ただ、光を使う限り、どうしても透過性の問題がつきまとう。そこで光学ではない、他の方法で検出される分子標的を開発する努力が行われていると思うが、なかなか実用可能な標識は出てこない。

そんな中で今日紹介するカリフォルニア工科大学からの論文は空気を貯めるgas vesicleを作るタンパク質を標識にして超音波で遺伝子発現を追跡しようとする研究で、医療での超音波の普及を見るとかなり有望な技術になる可能性があると思う。タイトルはずばり「Ultrasound imaging of gene expression in mammalian cells （哺乳動物の遺伝子発現を超音波で画像化する）」だ。

これまでも超音波を使う造影法として空気のバブルは用いられてきたが、遺伝子発現をバブル生成に変えることは難しい。代わりにこの研究では、水性バクテリアの中に、表面に浮くため空気を貯めるタンパク質を持つものがある事に注目し、このタンパク質が形成する空気の小胞、gas vesicleを超音波で検出する可能性を着想した。

このようなタンパク質をコードする遺伝子を、音を検出するレポーター遺伝子(ARG)と名付け、バクテリアの中からgas vesicle形成に必要な数種類の遺伝子を選び出している。この時、vesicle ができたかどうか、電顕で確かめながら遺伝子を特定しており、形態学にかなり強いグループのようだ。

さてこうして選んだ数種類のgas vesicle形成に必要な遺伝子を哺乳動物の細胞に導入して、gas vescle形成を見ると、vesicleというより針状の空気を含んだタンパク質のスタックが形成されている。かなり毒性がありそうに見えるが、この構造を40-50含んでいても細胞の増殖には変化がないようだ。

さて、このスタックを検出するための超音波テクノロジーだが、さすがに細胞の中の小さな構造で、それをそのまま超音波で検出する方法はまだ開発できていない。代わりに、空気の層を潰すエネルギーを持つ18KHzの超音波を当ててgas vesicleを潰してしまい、最初当てた時の画像（空気を検出している）と、vesecleが潰れた後の画像を引き算して、vescile を浮き上がらせる方法を用いて細胞集団のgas vesicle 発現を確認している。

あとはレポーターとして本当に使えるかどうか、様々な条件で確かめ、最後にその細胞をマウス皮下に注射して、細胞集団を検出できるか調べ、蛍光法に勝るとも劣らない検出精度があることを示している。

もちろん正常の細胞に発現させたり、トランスジェニックマウスを作った時に本当に毒性がないかなど、まだまだ安心できない点も多いと思う。また、この目的に合わせた超音波検出機の方も発展が可能だろう。超音波は今や聴診器を駆逐するぐらい重要な医療器具として定着している。安全性や技術の発展速度を考えると、この研究はともかくこの分野の扉を開けたという意味で重要性は高いと思う。