新型コロナウイルス関連のニュースを目にしない日はない昨今において、特にいきなりPCR検査という言葉を頻繁に聞くようになりました。検査自体も急激に増やしています。
ただ、結果判定までに割と手間と時間がかかるものです。実はこの改善に糖が利用されようとしているのをご存知でしょうか？今回はPCRを糖という切り口で見てみたいと思います。
 

PCR検査の仕組みと応用例とは？？

PCR検査で使われる実験法はPCR（polymerase chain reaction）法で、日本語に直すとポリメラーゼ連鎖反応になります。筆者と同じ1983年生まれの比較的歴史が浅い検査方法になりますが、便利なために急速に広まり、その中で多様に進化してきました。
簡単に原理を見てみると、生体内では普通に行われているDNAポリメラーゼ酵素反応を試験管内で人工的に再現することで、ゲノムDNA中の見たいところだけを特異的に調べることができるというものです。一度の反応で2倍になり、反応回数を増やせば2倍×反応回数分に増やすことが可能です。このことで、微量なDNAであっても検出できる量まで自由に増やすことが可能となり、生物学研究の中でのゲノム研究が急速に進むことになりました。

PCR法は研究分野だけにとどまらず、考古学調査、親子鑑定、出生前診断、科学捜査など幅広い分野において使われているものです。例えば、科学捜査を見てみましょう。よくテレビドラマなどで、「以前よりも完全犯罪がしにくくなった」と言われていますが、このPCR科学捜査に導入されたことで、現場に残っている痕跡から採取された微量すぎる量のDNAを解析することも可能となり、以前未解決だった事件の解決にもつながっています。
 

新型コロナウイルスのPCR検査はより進化したものを使う？！

PCRはDNAをターゲットにするもので、新型コロナウイルスのようにDNAではなくRNAを持っているものへはPCRを直接は適用できません。こういう時には、RNAをまず逆転写反応によってDNAに変換した後にPCRをそのDNAに対して行うというRT（reverse transcription）-PCRを使います。
PCRの後の結果判定には、電気泳動と呼ばれる手法を用いますが、PCRプラス電気泳動というステップ、さらに新型コロナウイルスの場合には逆転写反応プラスPCRプラス電気泳動という流れになってしまうため時間がかなりかかります。
近年はさらなる進化をとげ、電気泳動を使わず、かつ、PCRの反応途中で結果が経時的に予測できるリアルタイムPCRが開発されました。新型コロナウイルスのPCR検査といえば、通常はこのリアルタイムRT-PCRのことを指します。
 

問題点とは？？

PCRは問題点も多々あります。列挙するときりがないですが、１つ１つの問題点がでないように配慮しながら専門家は検査を行います。
ただ見たいDNA部分を単純に増やしたいだけというPCRなら少し覚えれば誰でもできますが、正しい結果を出すということを目指すとなると熟練のスキルと知識が要求されます。このことが簡単に検査を増やせない要因でもあります。
また、いくら正しく行ったとしても、PCRの仕組み上どうしても偽陽性や偽陰性の可能性がゼロではないので、ただ闇雲に検査を増やせばいいわけではないようにも感じます。ただ、こういった議論はここでは置いておくとして、一番の重要なステップは実はPCRではなく、その前のだ液などの検体からRNAだけをきれいに抽出するというものになります。そもそも検体からきちんとRNAをとってこられなければ、その後いくら逆転写反応やPCRを正しく行ったとしても意味がないからです。
RNA抽出を行わずに行う方法もありますが、精度という点ではやはり検体からきちんとRNAだけを取り出すことがベストです。また、RNA自体は分解されやすいので、検体の状態の保存や混入物がある状態での保存は分解のリスクがあるという点も忘れてはいけないところです。

この問題点の解決に糖が利用できる？？

例えばだ液からRNAを抽出する場合には、従来の鼻の奥の粘膜と比較してだ液中のウイルス量が少ないという可能性があり、ある程度のだ液量が必要になることに加え、専用の試薬をいくつか加えたり、遠心分離機を使ったりする過程で１時間ほどかかってしまうという点がネックとなります。

実はこの問題を解決するのに糖が応用されようとしているのです。鹿児島大学の隅田教授らの研究チームによって研究されています。その仕組みは、ウイルスが細胞表面の糖鎖に結合して感染することを利用します。段取りとしては、ウイルスよりもさらに小さい磁性を帯びたナノ粒子を用意し、そこに糖鎖をくっつけます。だ液中にウイルスがいた場合にはウイルスが粒子上の糖鎖に結合するので、その粒子を磁石で集めて回収します。利点としては、ウイルスを濃縮できることで抽出しやすくなること、これまでよりも少量のだ液からも抽出可能という点です。この方法だと抽出までおよそ３分で、ウイルスだけが結合した粒子を用いるため、だ液中の混入物は除かれます。これにより、これまで以上にウイルスRNAだけをきれいに取ってこられるため、検査精度も高まり、PCRの結果判定まで含めても２０分ほどで終了するという画期的な方法です。
従来の方法では結果判定までに少なくとも数時間はかかっていたため、急な診断を要する現場にとっては福音となりますね。実はこの方法は元々インフルエンザ検査用に開発されたもので、国の先進医療にも認定されています。

ちょうど開発研究中に今回のコロナ禍が起きたため、新型コロナウイルスにも応用しようと考えたとのことです。糖という物質が栄養という点以外でもこうやって我々を救ってくれるということがわかりますね。是非覚えておいてください。

【ライター紹介】

宮川 隆 （みやがわ りゅう）
名古屋市立大学薬学部卒業、南カリフォルニア大学（USC）国際薬学臨床研修修了、東京大学大学院理学系研究科修了
薬剤師、理学博士のほか１０種類くらいの資格を持つ。
現在は、東京大学医学部附属病院 放射線科 核医学部門 　助教＆「放射性医薬品の管理責任者」、環境省「原子力災害影響調査等事業」メンバー、日本アイソトープ協会　放射線取扱主任者講習・作業環境測定士講習講師、リクルートメディカルキャリアコラム執筆など本業の合間に、わかりやすくサイエンスを伝える活動に力をいれている。