2010年4月16日（金）、くらしとバイオプラザ２１においで、標記談話会を開きました。講師は原子力機構・量子ビーム応用研究部門（高崎）に所属する小林泰彦さん。小林さんには以前、食品照射のお話をうかがいましたが、今回はご専門の放射線生物学についてわかりやすいお話を頂きました。

小林泰彦さん	参加者のみなさん

放射線って何
放射線と放射能は大違いなのに、混同している人も少なくない。
放射線とは「物体に束縛されずに空間を走るエネルギーの流れ」のこと。狭義の「放射線」は、十分にエネルギーが大きく（光であれば波長が短く）て、原子から電子を弾き飛ばす（電離する）力を持つ「電離放射線」を指す。
光の場合は、紫外線よりも波長が短く（＝周波数が高く）なりＸ線と名前を変えるところから電離放射線となる。光（電磁波）は、空間を移動するときは『波』として振る舞い、物質と相互作用するときは『粒子（光子）』として振る舞う。
「光の強さ」と言うとき、次の２つの意味を混同しがちなので要注意。1）光子（フォトン）の総数、光量＝明るさ。2）１個の光子が持つエネルギー、周波数（毎秒の振動数）＝色。
光子エネルギーの低い（色が赤い）光の光量をいくら増やしても（光子数を増やしても）エネルギーの高い（青い）光にはならない（実は2光子過程という例外があり、試料ダメージが少ない長波長の光源で焦点面でだけ励起光を発生させて蛍光観察する技術がありますが、それはまた別の機会に…）。
可視光線や赤外線をいくら強く当てても、紫外線を当てたときのような化学変化は起こらないし、Ｘ線を当てたときのような電離作用は起こらない。
放射能とは、「放射線を出す能力」のこと。放射性物質とは、「放射線を出す物質」言い換えると「放射能を持つ物質」。
歴史的には、1895年にレントゲンが、黒い紙を通り抜けて蛍光版を光らせる、目には見えない謎の光を発見してＸ線と名付け、手の骨の写真などを撮ることに成功した（この発見で1901年にノーベル物理学賞第1号を受賞）。
その翌年には、Ｘ線であなたの財布の中の硬貨を数えるという入場料3ペンスのアトラクションまで登場。この原理は骨折などの診断に応用され、第一次世界大戦の戦場でも兵士の救護に役立った。
1896年、Ｘ線の発見に触発されたベクレルは、蛍光物質に光を当てればＸ線も出るのではないかと考え、緑色の蛍光を発することで有名なウランガラスのウランに注目して研究を進め、偶然にも引き出しの中で日光を当てていないウラン化合物が黒い紙で包んだ写真乾板を感光させること、すなわちウラン化合物が自発的に放射線を出すことを発見した（1903年ノーベル物理学賞）。
ベクレルの発見を知ったキュリー夫妻は、いろいろなウラン化合物から出る放射線の強さを定量的に調べ、その強さがウランの含有量に比例していること、すなわちウラン原子そのものから出ていることを示した。さらにウラン以外にも放射線を出す（放射能を持つ）元素があるのではないかと予想し、1898年にラジウムとポロニウムを発見した（1903年ノーベル物理学賞）。
1899年、ラザフォードは、ウランから出る放射線を透過力の違いによって３種に識別し、α、β、γ線と命名した（1908年ノーベル化学賞）。透過力はα＜β＜γの順で強くなる。それらのうち、β線が高速の電子の流れであることを1900年にベクレルが証明し、1908年にはα線がヘリウム原子核の流れであること、1914年にはγ線が高エネルギーの電磁波であることがラザフォードらによって突き止められた。
ウラン鉱石とは、ウラン含有量が特に高い鉱物を含む岩石のことであるが、ふつうの花崗岩などにもウラン238（半減期45億年）やカリウム40（半減期13億年）などの放射性元素が含まれており、それらから放射線が出ている。日本では、火山灰に覆われた関東・東北地方よりも、花崗岩が露出している関西地方の方が１割ほど自然放射線が高い。また野菜からは、土壌から吸収されたミネラル分、カリウム40の自然放射線が出ている。
日本での平均的な自然放射線の量を毎時0.11μSv（マイクロシーベルト）（＝約1ミリシーベルト／年）とすると、海上では海底からの放射線が海水で遮られて届かず、海水中にも天然のウランが溶けているが濃度は低く、専ら宇宙線だけを受けることになり毎時0.03μSv、木造住宅内では0.06μSv、鉄筋住宅内では0.10μSv、銀座の敷石の舗道上では0.13μSv、国際線の飛行機内だと1.61μSvなどの測定例がある。放射線施設の周囲で監視され、実際に検出される線量の増加分は、これらの自然放射線の場所による差に比べて遥かに小さい。

重粒子線の利用
最近、重粒子線（炭素など、ヘリウムよりも重い元素のイオンビーム）を利用したがん治療が脚光を浴びている。通常の放射線がん治療で使われるＸ線やγ線は、光と同じで、奥深く差し込むほど強さが弱まる。体外から照射すると皮膚が最も大きな影響を受けるとともに、ねらったがんの背後にある正常組織にも透過して少なからずダメージを与える。
しかし、炭素イオンビームのような重粒子線は、途中ではあまり影響を与えないまま進み、ある一定の深さで止まる直前に、急に大きなエネルギーを周囲に与える性質がある（これをブラッグピークという）。したがって、皮膚よりも体内深くにあるがん組織の方に、より多くのエネルギーを集中させることが可能。どこでぴたっと止めるかを制御できるので、重要な臓器のすぐそばのがんにも安心して照射できる。
また、Ｘ線やγ線の場合は、酸素が多いほど細胞が死にやすくなる。がん組織の内部は、しばしば酸素不足の状態にあるため、放射線抵抗性になりやすい。しかし、重粒子線による殺傷能力には、酸素の有無による違いはほとんどないため、酸素欠乏状態にあるがん細胞に対しても殺傷能力が落ちない。
さらに、遺伝子の異常が原因で放射線を受けてもアポトーシス（細胞の自殺）のスイッチが入らず放射線に抵抗性を示すため、通常の放射線治療が困難ながんがあるが、重粒子線に対しては抵抗性にならず、効果的に治療できることが分かってきた。

生物への影響
放射線は、照射された物体のごく一部の電子を弾き飛ばし、弾き飛ばされた電子もすぐに他の電子に衝突を繰り返しながらところどころで化学変化を引き起こすが、概ね1億分の1秒、遅くとも1000分の1秒後にはそのような一連の反応もおさまり、最終的には全体をほんのり温める程の熱エネルギーに変わる。
生物体の中でもっとも放射線の影響を受けやすいターゲットは遺伝情報を担う記録媒体としてのDNA分子である。自然界でも常に生じているDNA損傷が、人為的な放射線照射によって一気に大量に起きると細胞の分裂増殖が阻害される。その効果は、照射によって生じたDNA損傷の質と量、およびその細胞のDNA修復能の両方に左右される。
放射線は物体を透過しながら確率的にごく一部の原子・分子にだけ作用するため，全体の温度をほとんど上げることなく十分な殺菌効果が得られる。全身急照射でヒトが100％死ぬ線量＝7 Gy（グレイ、7 Gy＝7 J/kg）は、エネルギー量としては、1リットルの水に1 Wの豆電球を入れて7秒間だけ点灯したときに与えられる熱量にすぎない。一般的な殺菌線量に相当する10 kGyのγ線照射による温度の上昇も、水の場合、たかだか2.4℃に過ぎない。逆に、熱いお茶をひと口飲んだときに受け取るわずかな熱エネルギーが、仮にγ線の全身急照射の形で与えられたら、ヒトの致死線量の数倍にも相当することになる！
同じ量の物理エネルギーが、熱として与えられた場合と、放射線として与えられた場合で、なぜこんなに影響が違うのか？これが放射線作用と生物影響を理解する上で一番のポイントであり、吸収線量の単位がJ/kgではなくわざわざ[Gy]という特別な単位が使われる所以である。

確定的影響と確率的影響
放射線の影響には、①確定的影響と、②確率的影響がある。その区別がとても重要。
①確定的影響とは、細胞が分裂できなくなることで起こる。幹細胞の分裂が止まって新たな細胞が補充されなくなり、ある臓器や器官を構成する細胞数がある程度減少して初めて障害が現れる。つまり、それ以下では全く影響が出ないという線量（＝しきい値）が存在する。造血器官・血球であれ、消化管の内側の細胞であれ、細胞数の減少の程度が甚だしいと貧血などの症状が現れ、幹細胞が全滅して新たな細胞の補充が回復しない場合は死に至る。
②確率的影響とは、白血病を含めた発がん確率が高くなること。放射線で傷ついたDNAが酵素によって修復される時、ごく稀にではあるが遺伝情報が変化する。それは長期的には突然変異と進化の原動力と考えられているが、短期的にはその遺伝情報の変化が引き金となって細胞ががん化する可能性があり、約0.2 Gy以上の急性全身被曝の場合には実際にヒトの発がん確率が増加することが分かっている。
自然状態でも、自然の放射線や食べ物や呼吸で生じる活性酸素など、いろいろな原因でDNAが傷つき、それが修復される過程でがん化の引き金になる可能性がある。それに加えてわずか量の放射線の影響が上乗せされたところで、実際にどのくらい発がん確率が増加するかを検出するのは不可能に近く、仮に大規模な疫学調査を行っても、個人の体質や生活習慣、居住環境の違いなどによるバラツキに埋もれてしまうことは確実である。
そこで、放射線防護のためには、放射線発がんにしきい値があるかどうかを証明できないことは承知の上で、敢えて、しきい値はない、すなわち「どんなに低線量でも、放射線による発がんリスクは線量に比例して増加する」と仮定し、もっと高線量の放射線被曝で発がんが増加した事例のデータをそのまま低線量側に無理やり延長して計算式を立て、用心のために許容できる被曝線量の管理を行っている。しばしばこの仮定が一人歩きし、どんなに微量でも放射線は危険というような間違った常識が世間に広まっていることが残念。
私は、このように用心深く管理された放射線についても世の中の人が異常に過敏な割に、紫外線を気にしなさすぎだと思う。紫外線は、電離放射線ではないけれど、DNAに傷を付けて突然変異や発がんの原因になるので、生物学者にとっては放射線の一種。日焼けを続ければ皮膚がんになる確率が確実に増加するのに。。。

放射線生物学
放射線生物学は、どれだけ放射線が当たると生物にどんな影響が起こるかを、放射線の種類を始め、手を替え品を替え調べる学問。
古典的・伝統的放射線生物学では、1）低線量と高線量の照射には質的な違いはない、2）ヒットされた細胞だけが影響を受ける、という、ことさら言うまでもなく当たり前と考えられていた暗黙の前提があった。
しかし、これらの暗黙の前提が実は間違っていて、とくに低線量の放射線では、1）生体応答の寄与が照射効果を左右すること、2）影響を受けるのは直接ヒットした細胞に限らないことが明らかになってきた。前者の例が「放射線適応応答」や「放射線ホルミシス」であり、後者の例が「バイスタンダー効果」である。
放射線適応応答：低線量の放射線を予め照射しておくことによって、その後の高線量の照射に対して抵抗性を示す現象。たとえば、マウスに致死線量（6.5 Gy）照射する2週間前に、特に影響の出ない線量（0.5 Gy）を照射しておくと、致死線量照射の１ヶ月後の生存率が10％から80％に増加した、など。このような救命効果を発揮するためには予めの照射の時期や線量が非常に重要である。そのメカニズムの詳細は分かっていないが、放射線抵抗性に関連する酵素などが誘導されることも一因と考えられている。
放射線ホルミシス：生物に対して通常有害な作用を示す物理的・化学的ストレスが、微量であれば逆に有益な作用を示すような、生理機能刺激作用をホルミシスという。重金属や高温・低温刺激などが知られているが、放射線にもホルミシス効果があるという説がある。すなわち、現在の自然放射線レベルが、たまたま生物にとって「ちょうどいい」と考えるのは御都合主義的に過ぎるとするなら、放射線はもっと少なければ少ないほどよいのか？線量ゼロがベストなのか？逆に、現状では足りないのか？もし本当に放射線ホルミシス効果があるとすれば、現在の自然放射線レベルより多いか少ないかは分からないが、人体にとって最適の線量レベルというのがあるのかもしれない。
ゾウリムシを厚い鉛の箱にいれて自然放射線を遮蔽すると生育が悪くなるが、鉛の箱の中に自然界の放射性物質のひとつであるトリウムを入れて微量の放射線を出させ、自然放射線を浴びている状態を再現すると元通りに良く生育するようになるという報告がある。少なくともゾウリムシでは、自然放射線を減らすとよくないらしい。
では、ヒトではどうか？厚い鉛の箱に閉じ込められて生活するのは大変だし、第一、人体の中にすでに相当量のカリウム40や炭素14などの自然の放射性物質が含まれているから、自然の放射性物質を一切含まない食事だけを長期間取り続けて、それらをいったんゼロに戻さないと正確な実験にはならない…
（例えば、天然カリウムの0.0117％は放射性のカリウム40である。だから、体重60 kgのヒトの体には14ミリグラムのカリウム40がある。そのカリウム40のうち毎秒約3600個の原子が崩壊して放射線を出す。具体的には、その89％（毎秒約3200個）が電子線を出してカルシウム40に変わり、残りの11％（毎秒約400個）がγ線を出してアルゴン40に変わる）

バイスタンダー効果
放射線が当たっていない細胞が、あたかも照射されたかのような反応を示す現象をバイスタンダー効果といい、約20年前に発見された。非照射細胞に伝わる放射線影響は、DNA損傷、染色体異常、細胞分裂・増殖阻害、アポトーシス（細胞の自殺）、突然変異の誘発など、多岐にわたる。
バイスタンダー（bystander）とは英語で傍観者、見物人の意。もし、バイスタンダー効果で伝わる作用が放射線の傷害作用だけなら、「無理心中効果」や「もらい泣き効果」と呼んでもいいが、逆に、放射線適応応答のように、放射線に対する防御作用や抵抗性を誘導することも分かって来たので、ぴったりする訳語がまだない。
バイスタンダー効果は、照射された細胞から放出された一酸化窒素（NO）や、活性酸素種、種々のサイトカイン類（免疫細胞が分泌する情報伝達蛋白質の総称で、体内でホルモンのように働く）など、多数のシグナル分子によって伝達されると考えられている。
シャーレの中の培養細胞（ヒト正常細胞）を使った実験では、たとえば、隣り合って密着している細胞同士を結ぶ小さなトンネル（ギャップ・ジャンクション）を閉じる薬剤や、培養液に分泌された活性酸素種を捕捉・中和する薬剤を添加すると、バイスタンダー効果が抑制される、などの結果が得られている。
1個の細胞を狙い撃ちして重イオンをヒットできるマイクロビームを使った実験では、約100万個の密集した細胞集団の中のたった数個の細胞をヒットしただけで、シャーレ内の大多数を占める非照射細胞（バイスタンダー細胞）の生存率が10％も低下し、数万個以上の細胞にアポトーシスが誘導された。同時に、直接の照射を受けていないバイスタンダー細胞でも、アポトーシスのスイッチに相当するp53タンパク質のリン酸化が起こる一方で、数百以上の遺伝子の発現レベルが大きく変化したことがDNAマイクロアレイ解析で明らかになった。これらの遺伝子群の発現レベルの変動が相互にどのように調節され影響されているかはまだよく分かっていないが、正常な個体の中でもおそらく同様の働きが起こっていると考えられる。その全容を解明して、放射線がん治療や放射線防護に役立てることが将来の目標。

ていねいに説明して頂けると、、、、、	スピーカーも参加者も楽しい！

• 放射線生物学は生物が生きてきた証になるのではないか→地球に生命が生まれる以前から放射線はあり、生物は放射線の存在を織り込み済みで進化してきた。
• バイスタンダー効果はがん細胞やがんでない細胞で同じに起こるか→がん細胞はルールを無視して増えて大きくなる。だから一般的には細胞同志のコミュニケーションが少なくバイスタンダー効果も起こりにくいと考えられるが、細胞の種類によっては、がん細胞でもバイスタンダー効果が起こることが分かっている。
• 正常細胞のバイスタンダー効果を薬剤で抑制すると個体の死亡率はあがるのか→培養細胞では、バイスタンダー効果を薬剤で抑制するとアポトーシスが起こらなくなるが、個体でもその通りになるかどうかはまだわからない。バイスタンダー効果を制御し、正常細胞にはバイスタンダー効果による細胞死が起こらず、がん細胞だけがもらい泣きして死ぬような薬ができたら、少ない放射線でがん治療ができるようになると思う。
• 放射線の学習効果ががん細胞にもあると、がんが放射線抵抗性を持たないか→放射線適応応答は、予めの照射が0.01〜0.2 Gyくらいの線量範囲のときに限って見られる。それ以上の線量では、学習効果（放射線適応応答）というよりは、本番の照射効果の話になる。エックス線がん治療では、正常組織の回復を待ちながら1回に2 Gyずつ、何十回か繰り返して照射する。この線量は放射線適応応答が起こると考えられる線量よりもずっと大きいため、がん細胞における「学習効果」の有無は最初から考慮されていない。
• 重粒子線はどうやって作るのか→サイクロトロンやシンクロトロンなどの加速器を使って真空中でイオンを加速する。千葉の放射線総合研究所のHIMAC（ハイマック）では、すでに5000人の患者を治している。この分野で日本は世界のトップをいく。
• バイスタンダー効果はエックス線でも起こるのか→起こる。
• バイスタンダー効果は副作用の少ない治療法として、いいアイディアだと思う→多くの研究者が取り組んでいる。福井大学・高エネルギー医学研究センターの松本先生、放医研・重粒子医科学センターの古澤先生や鈴木先生などが活躍されている。
• もらい泣きで皆で死ぬのは生物として合目的的か→進化の過程で獲得された仕組みであり、合理的な理由があるはず。放射線があたって完全に元通りに修復できなかった場合のその後のリスクを減らすために、周囲の細胞も含めて広範囲に「死んで」後顧の憂いを断つということかもしれない。同時に、周囲（ひょっとしたら全身）の細胞に、放射線に対する備えを呼びかける意義もあるかも。それに、もともと個体にとっては個々の細胞死は無益な殺生ではない。老朽化した細胞や潜在的な問題を持つ細胞を自己分解させ、その養分（アミノ酸とか）をリサイクルして新品の細胞に置き換える訳だから…。
• ジャガイモの照射で芽止めするが、食べたときの影響は→ない。芽止め効果が生じるレベル（60-150 Gy）よりも、はるかに高線量の放射線を照射すると、たんぱく質や脂肪などが放射線化学反応を受け、その分解生成物による味や匂いの変化が感じられる。調理による熱化学反応で分解生成物が生じるために生肉や刺身と煮込みや焼き肉、煮魚、焼魚でそれぞれ風味が違うのと同じ。芽止め照射の線量でも、DNAに損傷ができ、それに関連して細胞内たんぱく質の組成もわずかに変化する筈だが、検出限界以下の小ささ。
• 放射線って本当に食品の中に残らないのかという質問にどう答えるのか→その気持ちにそって答えるようにする。影響もエネルギーも残る。エネルギーはわずかな熱に形を変えて残る。ガラス瓶を太陽にあてると少し暖かくなるが日光は残らずガラスも変化しないのと似ていると思う。てんぷらを食べても、自分が油で揚げられる訳じゃなし、別に火傷はしないでしょう？　ずっと日光に曝しつづけるとラベルが色褪せるように、焼き肉も焼き過ぎると黒こげになるように、食品照射でも必要以上に無闇に高線量を照射すると場合によっては品質が損なわれる。
• 原爆被爆者ががんになられるが、それを放射線で治療するというのは変な感じがする。浴びる線量をコントロールできるからいいのか→同じ「放射線」と言っても、線量も、作用の原理も異なる。原爆被爆者のがんの発症率は、被爆しなかった人の約2倍。これは被爆者中、約0.2 Gy〜数Gy程度の放射線を浴びた生存者でのデータであり、それ以上の線量を浴びた人は生存しておらず、それ以下の線量ではバラツキの誤差の範囲に埋もれて違いは見えない。また、これは「確率的影響」であり、つまり同じ線量を受けた被爆者の中でも、たまたまがんになる人とならない人が当然いて、その「がんになる確率」が約0.2 Gy以上を浴びた人でだけ、統計的に2倍に増加したということ。一方、治療で放射線を使うときは、ある程度以上の高い線量による確定的影響を利用して、がん細胞の増殖を止める（局所制御）ためのもので、Ｘ線がん治療の場合は（一例として）1回2 Gy×30回＝計60 Gyなどの線量を、できるだけ正常組織を避けてがん組織にだけ当てる。どうしても少しの放射線が当たる周囲の正常組織で、被爆者のように、将来の発がんのリスクが増加しないだろうか？という懸念は当然あるが、緊急性・重要性を比較すれば問題にならない。ただし、幼児・小児の放射線がん治療では、発がんリスクの増加や、正常組織のダメージによる一生続くかもしれない副作用について、中高年の患者の場合よりも慎重に考えなければならない。
• 放射線ホルミシスのメカニズムは→鉛の箱にいれたゾウリムシの増殖が少ないのがその事例。乾布摩擦の刺激のようなもの。人間も適度なストレスがあったほうがいいのと似ている？
• ゾウリムシに鉛の暗い箱に入れた影響はないのか→実験は、同じように鉛の箱に入れて自然放射線を遮った上で、トリウムの有無すなわち微量放射線の有無だけを変えて比較したもの。微量放射線の有無が生育の違いに及ぼす影響は、明るさとは無関係と考えられる。
• 適応応答はバイスタンダーを遮断する薬を入れると起こらないというが→イオンが当たっていない細胞が、周囲の細胞に備えをするようにシグナルを出すことは確か。
• 放射線が軽く当たると強く当たったときの備えになるというメカニズムは自然界にもあったのか→放射線に限らず、適応応答やホルミシスは一般的な仕組みだろう。放射線生物学の歴史の中で、放射線や紫外線に非常に弱い遺伝病の研究から、それらの原因遺伝子を探求することによってDNA損傷の修復機構が次々に解明されて来た。ところが、話はそこにとどまらず、それらの遺伝子が支配するタンパク質群は、実は、DNAの修復だけではなく、細胞周期チェックポイントという細胞の分裂増殖を全体的にチェックしている複雑で巨大な生理調節機構の一部であることがわかってきたのだ。
• 細胞の膜の働きや細胞間のシグナルは人のコミュニケーションに似ていると思った。
• 一般の人は放射線に過剰反応していると思った。
• 今、理解しつつあるところだが、哺乳類が放射線に最も弱い理由が生物の急所はDNAだというところが興味深かった。魚もDNAがあるのになぜ哺乳類より強いのか→哺乳類はDNAのサイズが大きい（長い）。放射線は物体を通過する途中で電子をランダムに弾き飛ばす。つまり電子数（＝分子量）に比例して化学変化を引き起こす（傷をつける）。同じように放射線を浴びたとき、100倍長いDNA分子は、100倍の数の電子を持ち、100倍の数の傷が生じる。生物は自分のDNAをコピーして増殖する「自己複製」を根本原理として進化してきた。なかでも真核生物は、DNAのコピーが正確に完了してから細胞分裂を開始するための厳重なチェック機構を備えていて、検知された異常の程度によっては細胞自殺のプロセスが起動する。もし、DNA分子全体で許容できる傷の数が一定だとしたら、大きなDNA分子ほど少ない放射線で致命的になる。すなわち、DNAのサイズが大きい生物ほど、相対的に少ない放射線でダメージを受ける。