ヒト嗅覚受容体センサの開発および匂い情報DXの実現　
Development of human olfactory receptor sensor and realization of odor information DX（2）

2024年02月19日 カテゴリ：解説・連載 ,特集
黒田俊一（くろだ　しゅんいち）
大阪大学 教授
黒田　俊一

４.ヒト嗅覚受容体センサの高度化に向けて

 今後、ヒト嗅覚受容体センサをさらに充実させるためには、感度上昇を図るために細胞内cAMP生成や細胞内Ca動員を抑制する機構（PDE, CaMKII, CaM, NCX, PMCA）32-34)を阻害したり、ORへの匂い分子提示に関与する細胞外タンパク質OBPを活用したり35)、細胞内cAMPを高める細胞内タンパク質OMPを活用したり36,37)、ORインタナライザーションに関与するβアレスチンの結合を調節するGRK2阻害剤を使用したり38）なども考慮すべきである。また、388種類のヒトOR以外に、アミン系化合物を検知するTAAR39-41)やカプサイシンやメントールなどの匂い分子を受容するTRP42,43)も搭載することが望ましい。
 一方、ヒト嗅覚は加齢とともに衰えることが知られており44)、果たして全てのORが日常生活に必要かは懐疑的である。実際、ヒト嗅上皮のmRNA解析では、全てのOR mRNAは検出されず45)、全てのORは均等に発現しておらず26種類の主要ORが全体の９割以上を占めていた46)。これらの事実は、現在のヒト嗅覚受容体センサのOR数（388種類）が過大である可能性を示している。
 これまでは、全てのヒトORを使用して、広範囲な匂い分子に対するOR応答を調べる網羅的deorphanizationが実施困難であったので、OR構造から応答する匂い分子を予想するためのORデータベース(ODRactor（in silico assisted deorphanization）, OlfactionBase DB)が構築されている47-49)。最近では、匂い分子が相互作用するOR配列（オルソステリックポケット）と匂い分子構造を機械学習させたプロテオケモメトリックモデルによるdeorphanization50)や、AIを使用して匂い物質とOR構造の相互作用を90％以上の正答率で予想に成功している51)。しかし、何れの場合も得られた予想は、生物学的検証を経る必要がまだある。これらの研究成果と、ヒト嗅覚受容体センサによる解析結果は、近い将来、匂い情報DX実現において統合されてゆくだろう。

5．次世代のヒト嗅覚受容体センサ候補

 ヒト嗅覚受容体センサは生きた細胞を使用するセンサであるため、常に匂い解析は、サンプルを捕集した後、実験室で測定する必要があった。今後、ヒトOR部分をセンシング分子とした電気的センサ等がeNOSEとして実用化され、ヒト嗅覚受容体センサの可搬性低さを補うと考える52)。例えば、リポソームにOR等を提示させ、CNTを介したFETセンサ53)、複数ORをCNTで介したマルチチャネルFETセンサ54)、ORを包埋した脂質膜（ナノディスク）によるFETセンサ55)が、匂い分子に対して、ヒト嗅覚に匹敵する感度を示しており注目に値する。しかしながら、匂い分子とORの相互作用のみ検出しているので、OSN内部のセカンドメッセンジャーの経時的変化を反映した匂いマトリックスとの相関は難しいかもしれない。

6．おわりに

 ヒト嗅覚受容体センサによるデジタル化された匂い情報（匂いマトリックス）は，従来の匂い評価法を大きく変革し，より精度の高い製品開発を可能にし，新産業を創出する起爆剤になると考えられる。現在，筆者らは匂い情報DX実現のために，ＮＥＤＯ先導研究プログラム「ヒト嗅覚受容体応答に基づく世界初の匂い情報ＤＸの研究開発（2023~2025年度）」の採択を受けて，ヒト嗅覚受容体センサで膨大な数の匂いをランダムに測定するのではなく、まずヒト嗅覚の官能を網羅すると例示されている匂い分子56)などを優先的に測定して、匂い再構成において、どのヒトOR応答を重要視すべきかを早急に見極め、使用すべき匂い分子の選抜を急いでいる27）。
 その結果，少ない種類の匂い分子で複雑な匂いを再現することが可能になり、テレビや電話の様に、匂いをデジタル転送することが可能となる。従来の、音【聴覚】・映像【視覚】に、匂い【嗅覚】を付加することで情報濃度は飛躍的に向上する。世界中の人々との匂いの共有・仮想空間への匂いの転送・匂いによる臨場感の向上・匂いの保存など様々な効果が期待される。

図１ ヒト嗅覚受容体応答のエンドポイント発光測定法とリアルタイム蛍光測定法
図１ ヒト嗅覚受容体応答のエンドポイント発光測定法とリアルタイム蛍光測定法
図２ ヒト嗅覚受容体センサによる匂い測定手順
図２ ヒト嗅覚受容体センサによる匂い測定手順

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【著者紹介】
黒田　俊一（くろだ　しゅんいち）
大阪大学　産業科学研究所　所長/教授

■略歴

1984年 京都大学農学部農芸化学科卒業
1986年 京都大学大学院農学研究科修士課程修了（農芸化学専攻）
同年 武田薬品工業(株)生物工学研究所研究員
1992年 京都大学博士（農学）
1994年 神戸大学バイオシグナル研究センター助手
1996年 同助教授
1998年 大阪大学産業科学研究所助教授
2002年 ジュネーブ大学医学部客員教授（兼任）
～03年
2009年 名古屋大学大学院生命農学研究科教授
2015年 大阪大学産業科学研究所教授
2017年 (株)香味醗酵取締役（最高科学担当）
～23年
2024年 大阪大学産業科学研究所所長
現在に至る

製薬会社において遺伝子組換えタンパク質製剤の開発研究，大学では細胞内情報伝達機構の研究，DDSナノキャリア開発，全自動１細胞解析単離装置の開発を行った後，現在はヒト嗅覚受容体発現細胞セルアレイセンサの開発と社会実装を行う。日本農芸化学会奨励賞，同学会技術賞，バイオビジネスコンペJAPAN優秀賞，日本バイオベンチャー大賞文部科学大臣賞，ものづくり日本大賞（経済産業大臣賞）などを受賞。