１．研究領域の概要

　本研究領域では、量子科学・量子技術を生体や生体分子の計測に応用することで、量子科学の分野と生命科学の分野の交流と融合を促進し、生命科学を革新的に発展させることを目的とします。
　近年、量子科学の発展により、量子科学を基盤にした量子ビーム、量子スピン、光量子センサー、量子エレクトロニクス等の技術は量子暗号通信やtime crystal（時間結晶）の実現に至るような著しい進展をみせており、我が国でも世界をリードする技術シーズが創出されています。こうした量子技術は、生体分子の動態や相互作用を検出する新規生体計測技術の開発等のテクノロジーの創出や、生命現象の中の量子的な現象の生命科学的意義を見いだす等の革新的なサイエンスへの展開が期待されているにもかかわらず、十分に進んでいるとは未だ言い難いのが現状です。そこで本領域では、量子技術のライフテクノロジー分野での積極的な応用を促すことで生命科学分野の一層の発展を目指します。

２．事後評価の概要

２－１．評価の目的、方法、評価項目及び基準

「戦略的創造研究推進事業(社会技術研究開発及び先端的低炭素化開発を除く。) の実施に関する規則」における「第4章　事業の評価」の規定内容に沿って実施した。

２－２．評価対象研究代表者及び研究課題

2018年度採択研究課題

（１）五十嵐 龍治（量子科学技術研究開発機構 量子生命・医学部門 グループリーダー）
コンポジット量子センサーの創成 -１細胞から１個体まで-

（２）市村 垂生（大阪大学 先導的学際研究機構　特任准教授）
音響フォノン計測で拓く超次元力学イメージング

（３）大畠 悟郎（大阪府立大学 大学院理学系研究科　准教授）
量子トモグラフィを用いた密度行列分光法の開発

（４）尾瀬 農之（北海道大学 大学院先端生命科学研究院　教授）
生体分子中におけるアミンの量子特性を解明する

（５）香川 晃徳（大阪大学 大学院基礎工学研究科　助教）
生体内反応による核スピン量子もつれ生成の検証

（６）小西 邦昭（東京大学 フォトンサイエンス研究機構　准教授）
真空紫外コヒーレント光を用いた円二色性生体分光技術の開発

（７）近藤 徹（東京工業大学 生命理工学院　講師）
生体量子コヒーレンス顕微分光：本当に量子効果は生命を駆動するのか？

（８）菅 倫寛（岡山大学 異分野基礎科学研究所　准教授）
量子ビームが拓く光合成膜タンパク質のマルチモーダル構造解析

（９）Radostin Danev（東京大学 大学院医学系研究科　教授）
高速量子波面モジュレーション・クライオ電顕

（１０）東 雅大（京都大学 大学院工学研究科　准教授）
光合成反応中心における初期電荷分離過程の分子論的機構解明

（１１）楊井 伸浩（九州大学 大学院工学研究院　准教授）
超核偏極ナノ空間の創出に基づく高感度生体分子観測

（１２）Neill Lambert（理化学研究所 開拓研究本部　研究員）
光合成における量子環境

（１３）渡邉 千鶴（理化学研究所 生命機能科学研究センター　研究員）
量子構造生物学におけるプロトン：相乗的効果と構造

2017年度採択研究課題（コロナ延長課題）

（１）石綿 整（東京工業大学 工学院　研究員）
NVセンタデルタドープ薄膜による生体分子の機能・相互作用解析

（２）衞藤 雄二郎（京都大学 大学院工学研究科　准教授）
広帯域スクイーズド光源による低侵襲深部多光子分光

（３）塗谷 睦生（慶應義塾大学 医学部　准教授）
多光子現象を駆使した脳内化学情報伝達の可視化解析

（４）平野 優（量子科学技術研究開発機構 量子生命科学領域　主幹研究員）
高分解能立体構造解析によるタンパク質における量子現象の解析

（５）藤井 麻樹子（横浜国立大学 大学院環境情報研究院　講師）
反応性量子ビームによる細胞内生命現象の可視化

（６）丸山 善宏（オーストラリア国立大学 コンピューターサイエンス学科　講師）
生命と認知の量子情報理論：圏論的定式化とその応用

（７）萬井　知康（コネチカット大学 化学科　アシスタントプロフェッサー）
磁場応答光プローブを用いた磁場による断層選択光イメージング

（８）渡邉 宙志（慶應義塾大学 大学院理工学研究科　特任講師）
量子化学効果を取り込んだタンパク質のシームレスな動的解析法の開発と応用

２－３．事後評価会の実施時期

2021年11月8日（月曜日）、11月9日（火曜日）事後評価会開催
2021年 8月　各研究者からの研究報告書に基づき研究総括による事後評価（コロナ延長課題）

２－４．評価者

研究総括

瀬藤 光利

国際マスイメージングセンター　センター長

領域アドバイザー

石川 顕一	東京大学 大学院工学系研究科　教授
井上 卓	浜松ホトニクス（株）中央研究所　室長
岡田 康志	理化学研究所 生命機能科学研究センター　チームリーダー
小澤 岳昌	東京大学 大学院理学系研究科　教授
菊地 和也	大阪大学 大学院工学研究科　教授
笹木 敬司	北海道大学 電子科学研究所　教授
城石 芳博	（株）日立製作所研究開発グループ　技術顧問
竹内 繁樹	京都大学 大学院工学研究科　教授
田中 成典	神戸大学 大学院システム情報学研究科　教授
原田 慶恵	大阪大学 蛋白質研究所　教授
平野 俊夫	量子科学技術研究開発機構　理事長
三木 邦夫	京都大学　名誉教授
水落 憲和	京都大学 化学研究所　教授
宮脇 敦史	理化学研究所 脳科学総合研究センター　チームリーダー／光量子工学研究センター　チームリーダー

外部評価者

該当者なし

３．総括総評

　さきがけ「量子技術を適用した生命科学基盤の創出」（量子生体）では、「生命現象を量子技術の応用により解明」「生命科学に応用可能な計測技術を量子技術の利用により開発」「生命現象を量子科学的に理解」の３つを課題の柱とし、量子技術もしくは量子科学の視点に基づいている提案であることをどれだけ説得力をもって説明できているかを重視し、さきがけ３年半の終了後に飛躍的な成果を挙げることが期待される挑戦的な提案を採択している。特に今回評価対象となる研究課題を採択した２０１８年度においては、生命現象における量子トンネル効果や量子コヒーレンスなど、生命現象における量子現象の発見や探索を実験的もしくは理論的に挑戦する課題、そのために、生体分子がさらされた特有の環境（水分子の振動などの量子散逸系など）をうまく制御するなど、量子現象を観察するための優れたアイディアや手法にチャレンジする課題などを採択している。
　今回評価対象となる第２期生１３名の研究課題は、光合成反応や脳内の生体反応における量子コヒーレンス現象の測定に挑む課題、従来のダイヤモンド空孔とは異なるハイブリッド量子センサーの開発を目指す課題、光量子技術や動的核偏極法に工夫を凝らして高分解・高感度な細胞・組織イメージングに取り組む課題、最先端の量子ビームを用いてタンパク質の動的理解からスピン情報までの獲得に迫る課題、生体系のエネルギー輸送システムについて量子ダイナミクス計算や反応座標法の機能拡張により取り組む課題など、多岐にわたる。
　本領域の運営では、参加者全員がビジョン（実現を目指す、将来のありたい姿）である「量子生命科学の実現」を共有し、将来に果たすべき使命として「最先端の量子科学の知見と量子技術を総合的に利活用し、従来不可能であった極微の空間・時間・エネルギースケールあるいは超高感度での生体内部の観測、そして生体分子の計測・制御による生命機能のモデリングなどの技術革新を実現・応用すること」を目指している。飛躍的なチャレンジを鼓舞するには成果をさきがけ研究期間に創出された論文数や学会発表数で単純に評価することは必ずしも適切でなかろう。そこで本領域のさきがけ研究者が今後飛躍的な成果を挙げることを期待して、さきがけ研究期間（３年半）の中では何の量子性を扱っているのか？を常に問いかけつつ、(1)提案技術が適している生命活動・分子挙動の計測を一つ以上見つけること、又はきっかけを見つけること。もしくは(2)生命現象の量子現象にアプローチできる手法もしくは理論の技術基盤が構築できること、又はきっかけを見つけることを指標として、各研究課題の評価を行った。
　今回評価対象となる１３名の研究課題の大部分はその指標を達成する成果をあげたと考えている。一方、十分な成果が得られなかった課題についても今後の飛躍が期待できる「きっかけ」が得られつつあり、それぞれの研究者が目標達成のために最大限の努力を尽くしている。また、本領域ではさきがけ研究期間の間に新たな上級ポストの獲得や受賞に至った研究者も数多く輩出しており、さきがけ研究のもう１つの主目的である将来の主導的研究者の養成についても一定の役割を果たしてきたと考えている。１３課題の中では、楊井研究者、Danev研究者の研究は特に優れたものと評価する。楊井研究者の「超核偏極ナノ空間の創出」では、生命活動・分子挙動の計測に適用が期待できる新しい偏極源・高核偏極化技術の開発に成功して大きなブレイクスルーとなった。Danev研究者の「高速量子波面モジュレーション」においては、クライオ電顕のための新たな量子技術について次々に高度化を進めた手腕が高く評価される。近藤研究者の「生体量子コヒーレンス顕微分光」は、生命を駆動する量子効果に挑む姿勢において領域参加者全体や分野全体に深い洞察を与えた。五十嵐研究者の「量子センサー」は、タンパク質の３次元回転運動が計測できる新展開を示した。これらの課題の詳細については、以下個別課題の評価の項目で述べる。
　生命科学フロンティアを開拓する独創的な研究を目指すには、専門性の殻を破るための気づきに出合える機会、つまり異分野融合ができる仕組みや場が大切である。そのため、領域会議では今回評価した第２期生らが中心となって総括やアドバイザーも巻き込んだディスカッションを展開し、研究レベルの向上と領域の活性化にも大きく貢献した。「量子」というキーワードを基にして、従来のコンセプトをさらに深化させた量子技術の開発とそれらの生命科学への応用、生命現象の中に真の量子的な現象や生命機能を見いだそうとする、相互理解と協力体制が高まっていることは喜ばしい。

※所属・役職は研究終了時点のものです