「鏡像生命」は光で発見できるのか？ 英研究チームが新たな検出方法を提案

英国ストラスクライド大学のLewis E. MacKenzie氏とダラム大学のDominic J. Black氏、Robert Pal氏は、DNAや細胞膜に結合する標識分子が放つ光の偏りを利用し、仮説上の「鏡像生命」の候補を検出する方法を提案した。2026年10月に学術誌『Royal Society Open Science』に掲載された査読済みの展望論文で、複数の標識から得られる円偏光発光を照合する検査方法を示している。提案の基盤となるのは、生きた細胞内で標識分子を識別するなどの先行研究だ。今回の論文は検査方法を提案したものであり、検出感度や誤判定率はまだ測定されていない。

鏡像生命では何が反転するのか

右手と左手は鏡に映した関係にあり、どのように向きを変えても完全には重ね合わせられない。分子にも同様の性質があり、これを「キラリティ」と呼ぶ。地球上の通常の生物では、タンパク質を構成するアミノ酸は主にL型で、DNAを構成する糖のデオキシリボースはD型だ。仮説上の鏡像生命では、タンパク質にD型のアミノ酸、DNAにL型の糖を使うなど、主要な生体分子の立体配置が通常の生物とは逆になる。

鏡像分子そのものの研究はすでに進んでいる。2022年に『Nature Biotechnology』に掲載された研究では、血液凝固に関わるヒトの酵素トロンビンに結合するL型DNAが選び出された。特定の標的に結合するこうした短い核酸は「アプタマー」と呼ばれる。ただし、標的に結合する鏡像分子を作ることと、遺伝情報を複製しながら世代を重ねる細胞を作ることは、技術的に大きく異なる。自己増殖する鏡像生命の存在は、現時点で確認されていない。

それでも鏡像生命の検出方法が検討されるのは、分子の立体配置が生物同士の相互作用を左右するためだ。Katarzyna P. Adamala氏らは2024年、『Science』に掲載された政策フォーラム論文で、自己増殖する鏡像細菌が作られた場合、分子の立体配置に依存する免疫認識や、一部の捕食者による捕食を回避する可能性があると指摘した。感染や環境中での拡散も、こうした仕組みから予測される潜在的なリスクだ。著者らは鏡像細菌の作製に反対する一方、自己増殖する鏡像生命の作製を目的としない鏡像分子の研究には、科学や医療への応用価値があるとしている。

発光の左右差から何が分かるのか

円偏光とは、光の進行方向に垂直な面で、電場の向きが回転しながら伝わる光のことだ。この回転方向には左と右があり、発光に含まれる左円偏光と右円偏光の強度が異なる現象を「円偏光発光」と呼ぶ。今回の検査案では、試料に加えた標識分子（プローブ）を光で励起し、その発光を左円偏光と右円偏光に分けて測定する。

研究チームが提案する標識の使い方は、大きく二つある。一つは、鏡像と重ね合わせられる「アキラル」な色素を使う方法だ。こうした色素でも、DNAのようなキラリティを持つ構造に結合すると、発光に左右の偏りが生じる場合がある。研究チームは、DNAのらせん構造の違いによって色素の発光がどう変化するかを調べる方法を提案している。

もう一つは、標識分子自体が互いに鏡像関係にある一対の分子、すなわち鏡像異性体を使う方法だ。それぞれが結合しやすい標的や細胞内で集まる場所が異なれば、円偏光発光の違いから分布を識別できる可能性がある。ただし、円偏光の左右差は標識分子が置かれた環境や結合状態を反映する測定値であり、それだけでDNAの糖がD型かL型かを直接判定できるわけではない。そのため、それぞれの標的に結合した際に標識がどのような発光を示すか、あらかじめ調べておく必要がある。

一つの標識だけでは鏡像生命を判別できない理由

通常のD型の糖を持つDNAでも、条件によっては左巻きの「Z-DNA」と呼ばれる構造を取る。DNAのらせんがどちらに巻いているかと、その構成要素である糖の立体配置は別の性質だ。このため、左巻きの構造に反応する色素が見つかっても、それだけでは鏡像生命の証拠にならない。研究チームがZ-DNAを使った実験を提案しているのは、通常のDNAでもらせんの巻く方向が反転すると発光がどの程度変わるかを確認するためだ。

細胞膜にも判別を難しくする特徴がある。古細菌の典型的な膜脂質は、グリセロール骨格の立体配置が細菌や真核生物のものとは逆になっている。そこで研究チームは、DNAや細胞膜など異なる標的に結合する複数の標識を使い、それぞれの円偏光発光の向きと強度が、鏡像生命で予想される組み合わせと一致するかを調べる方法を提案した。ただし、複数の生物が混在する試料では、異なる細胞からの発光が重なって検出される可能性がある。複数の標識が同じ細胞内で反応していることを確認できれば、判定の信頼性を高められる。

顕微鏡と小型カメラで実証された技術

円偏光発光を使った細胞観察は、すでに実験で実証されている。2022年、Patrycja Stachelek氏らは、互いに鏡像関係にある2種類のユウロピウム錯体を、生きたマウス由来の線維芽細胞にそれぞれ導入して観察した。共焦点顕微鏡を用いた研究では、左円偏光と右円偏光の画像を同時に取得し、標識分子の細胞内での分布を識別した。一方の錯体は主にリソソームに、もう一方は主にミトコンドリアに集まり、発光の違いからそれぞれの位置を描き分けることができた。論文に記載された横方向126ナノメートル、光軸方向396ナノメートルという値は、倍率63倍、開口数1.4の対物レンズを使用した場合の回折限界に基づく空間分解能である。

円偏光発光の測定技術は、顕微鏡だけでなく小型の撮影装置にも広がっている。2023年にはDavide F. De Rosa氏らが、可動部を持たない可搬型の円偏光発光カメラを試作し、既知の発光材料を撮影した。今回の展望論文では、こうした既存技術を組み合わせて検査する方法が検討されている。

年・研究	試料・想定対象	実証内容・提案された用途
2022年・Stachelek氏らの共焦点顕微鏡	生きたマウス由来の線維芽細胞。ユウロピウム錯体の鏡像異性体をそれぞれ導入	左円偏光と右円偏光の画像を同時取得し、標識分子の細胞内での分布を識別
2023年・De Rosa氏らの可搬型カメラ	円偏光発光を示す既知の材料	可動部を持たない小型試作機で円偏光発光を撮影。原著
2026年・MacKenzie氏らの展望論文	仮説上の鏡像生命	複数の標識から得られる円偏光発光を照合する一次検査を提案

これまでに共焦点顕微鏡で実証されたのは、通常の生きたマウス細胞内における発光プローブの識別であり、鏡像生命そのものの検出ではない。今回の展望論文では、まず分光測定で有望な標識分子を選び、共焦点顕微鏡で発光が生じた位置を確認し、小型カメラを現場での一次検査に利用するという役割分担を想定している。

鏡像生命を作らずにどこまで検証できるのか

提案された検査方法は、自己増殖する鏡像生命を作らなくても、通常の生物や自己増殖しないモデル試料を使って検証できる。例えば、標識分子が目的の部位に届くか、通常の生物にどの程度反応するかを調べられる。円偏光発光をどこまで正確に識別できるかは、左右の偏りの大きさだけでなく、検出できる光子の数にも左右される。偏りが大きくても、標識分子が励起光を十分に吸収しなかったり、吸収した光に対して発光が弱かったりすれば、左右の差を測定するのは難しくなる。さらに、微生物や有機物が混在する試料では背景信号が増え、試料の濁りによって偏光の性質が失われる可能性もある。

こうした実験から、既知の条件下で標識分子や測定装置がどの程度機能するかを評価できる。検査性能を判断する主な指標は、対象を正しく陽性と判定できる割合である「感度」、通常の試料を正しく陰性と判定できる割合である「特異度」、そして検出に必要な最小量を示す「検出限界」だ。ただし、モデル試料を用いて測定した性能は、そのモデルと実験条件に対する評価となる。

また、実際の鏡像生命が仮に極めてまれな存在であれば、通常の試料のごく一部を誤って陽性と判定するだけでも、検出された候補の大半が誤判定になる可能性がある。このため、一次検査で候補が見つかった場合には、円偏光発光とは異なる原理を使った確認が重要になる。例えば、分子の立体配置を直接調べるキラル分析によって、鏡像生命に特徴的な分子構造が存在するかを検証する方法が考えられる。まず円偏光発光によって混合試料から候補を絞り込み、専門的な分析設備を使った追加検査につなげられるかが、提案された手法の実用性を判断する重要な指標となる。