図1：乾燥保存可能な匂いセンサーPv11培養細胞の仕組み

多様な「匂い」の検出のために生物の能力の活用が期待されており、国内外で培養細胞を用いた「匂いセンサー培養細胞」の開発が進められている。

匂いセンサーは臭気に含まれる揮発性物質を検出する装置で、大きく「工学的センサー」と「生物的バイオセンサー（以降、バイオセンサーと記載）」に分類。工学的センサーは半導体などを利用しており、量産性、耐久性、検出の安定性に優れる一方、匂いの選択性が低く、湿度や温度の変化に影響を受けやすいという課題がある。これに対し、バイオセンサーは嗅覚受容体などを利用しており、量産性や耐久性の確保が難しいが、湿度に強く、高い匂い選択性を示し、人や動物の嗅覚に近い応答を示すことが特徴となる。

バイオセンサーはがんや感染症などをターゲットとした医療診断、食品の品質評価など幅広い分野への利用が期待されており、匂い物質を認識する嗅覚受容体を培養細胞に導入し、多様な「匂い」を検出できる「匂いセンサー培養細胞」の開発が進められている。しかし、一般的な動物培養細胞は適切な湿度や温度、大気中より高い二酸化炭素濃度で維持する必要があるため、匂いセンサー培養細胞の長期保存や輸送に課題があり、研究施設外での利用には大きな制約があった。

この課題解決の鍵となるのが、極限的な乾燥に耐える能力を持つ昆虫「ネムリユスリカ」。ネムリユスリカは水がない環境で無代謝休眠状態に入り、数年間生き延びることができる。

農研機構を中心とした研究グループはこの特徴を活かし、ネムリユスリカに由来し、世界で唯一、常温乾燥保存が可能なPv11培養細胞に、ショウジョウバエ由来の嗅覚受容体を導入した匂いセンサー培養細胞を作出。今回作出した匂いセンサー培養細胞は、匂いを検知すると蛍光を発するシステムを組み込んであり、匂い物質の一つである酢酸ペンチルに対して濃度が高くなるほど強い蛍光応答を示した。

さらに、この匂いセンサー培養細胞を乾燥させて常温で2週間保存した後、水分を再供給した24時間後には、匂い物質に対して乾燥前と同レベルの応答を示すことも確認できた。

常温乾燥保存可能な匂いセンサー培養細胞の作出はバイオセンサー開発において重要な第一歩で、今後の携帯型匂いバイオセンサーの実用化に向けた応用が期待される。