気体がエネルギーを与えられてイオン化した状態となったプラズマを常温大気圧下で生成することが可能となり、生体や生物試料へのプラズマ照射実験が行われだしています。生体にプラズマ照射を行うことで様々な影響が出ることが知られており、医療や農業分野などにおいてプラズマを利用する応用研究が進められています。しかしながら、プラズマ照射により生体が受ける影響については多くの謎が残されています。今回、基礎生物学研究所の大坪瑶子研究員(元：核融合科学研究所 特任助教/現：東京大学生命科学ネットワーク 特任助教)、基礎生物学研究所の山下朗特任准教授(元：名古屋大学低温プラズマ科学研究センター 特任准教授/現：東京大学大学院総合文化研究科 研究員)、基礎生物学研究所の後藤祐平助教、酒井啓一郎研究員、基礎生物学研究所及び自然科学研究機構アストロバイオロジーセンターの定塚勝樹助教らは、核融合科学研究所の吉村信次准教授（兼：名古屋大学低温プラズマ科学研究センター 特任准教授）らとともに、真核単細胞生物である分裂酵母にプラズマ照射を行い、細胞内でどのような応答が起きるのかを解析しました。

プラズマは一度の照射で、電気的な刺激、紫外線、活性酸素や活性窒素といった各種活性種などを生体に与えることができます。すなわち、細胞にプラズマを照射することによって、細胞は複数のストレスに同時に晒される状況になります。今回、研究グループは、プラズマ照射条件下で増殖可能なプラズマ耐性変異体の探索を行いました。その結果、細胞分裂に関わる因子に変異が入り、細胞分裂の最終段階に異常が生じて複数の細胞が分裂せずに連結して多細胞体となった状態になると、プラズマ照射に対して耐性となることを示しました。また、プラズマ照射によって発現状態が変化する遺伝子を網羅的に調べた結果、分裂酵母が細胞分裂を制御する経路と、栄養状態を細胞内で伝達するTORC1経路の二つの経路を介してプラズマ照射による複合ストレスに応答することを見出しました。

図１. 分裂酵母へのプラズマ照射
寒天培地にスポットした分裂酵母へプラズマ化したヘリウムガスを照射。その後、数日間培養し、増殖や遺伝子発現などを解析する。

図２. プラズマ照射に対する分裂酵母の細胞応答
分裂酵母細胞はプラズマ照射に対して、Sep1 と Ace2 からなる細胞分裂を制御する経路と、栄養応答に関わる TORC1 経路を介して応答する。

本研究では、生物学での利用がスタートしたばかりのプラズマという新奇複合ストレス源を用いることで、これまでの単一ストレス源を用いた研究では見出されなかった新たな細胞応答の存在が浮かび上がってきました。また、プラズマを利用することで単細胞生物から多細胞生物への進化の謎を解き明かすことにつながるとの期待も生じます。

本研究成果は、出版に先立ち2023年11月22日、Journal of Cell Science誌にオンライン先行掲載されました。