合成生物学では、馴染みのない生物由来の遺伝子を利用することが多いです。その他、バイオ系の重要な概念は馴染みのない生物の研究に由来することが多いです。例えば、蛍光タンパク質GFPはオワンクラゲ、ナノボディはリャマ、CRISPRはアーキア、テロメアやリボザイムはテトラヒメナなど、その例は枚挙に暇がありません。分子生物学で利用する様々なツールも制限酵素、PCRの耐熱性酵素、抗生物質を含めて、ほとんどは本来馴染みの薄い生物由来です。このような遺伝子は、生物の多くに普遍的に存在している現象や事柄を多くの生物で比較していくなかで特定の生物種のユニークさに気づく。私は、「牛馬、銅鉄研究の成果」と呼んでいます。つまり、ウシでやった研究をウマで行う、銅で測ったから次は鉄で測ってみようとするのは、一見、独創性や新奇性のない研究のようですが、比較してみることで新しくわかることもあります。あるいは、たまたまウマの酵素が良い性質を持っていたために、ウシではできなかったことが成功したといった研究成果もあります。

ヒト人工染色体を作る新技術

全体に公開・2024/03/29

細胞における正常な遺伝子発現は、多くの調節因子によって精密に制御されています。これらの調節因子は、遺伝子の近傍（局所的）だけでなく、遠隔の場所からも作用します。しかし、このような複雑な制御機構を人工的に再現することは、現状では非常に困難です。例えば、ウイルスベクターで外来遺伝子を細胞に導入する場合、パッケージできる遺伝子のサイズが小さいため、遺伝子発現を忠実に再現することができません。人工染色体は、従来のウイルスベクターと比べて大きなDNA断片を運ぶことができます。そのため、複雑なタンパク質機械を構築するために必要な、複数の遺伝子を含む遺伝子群をまとめて発現させることが可能です。これは、細胞内での遺伝子発現をより自然な形で制御する上で、大きな利点となります。人工染色体を哺乳類や植物系を含む多様な真核生物で自由に使えることになることは、合成生物学にとって極めて重要です。

進化に基づく生理活性ペプチド合成酵素のプログラミング

全体に公開・2024/03/27

非リボソームペプチド合成酵素（ non-ribosomal peptide synthetases、NRPS）は、リボソームを経由せずにペプチドを合成する酵素複合体です。細菌や真菌など微生物の二次代謝産物である非リボソームペプチド（NRP）の生合成に関与します。 NRPは、コドンにないD型アミノ酸や非標準アミノ酸を取り入れたり、環状や分枝した構造を取ったり、糖鎖や脂肪鎖の修飾を受けたりしています。例えば、抗生物質バンコマイシン、免疫抑制剤シクロスポリン、キノコ毒素α-アマニチンなど、数多くの多様な生理活性分子がこれによって生合成されます。そのため、近年、医薬品開発の重要なターゲットとして関心が高まっています。

【合成生物学ナビ】ポリケチド、NRP、RiPP

全体に公開・2024/03/27

DeSciロンドンでの合成生物学の存在感

全体に公開・2024/03/26

DeSci（分散型科学、Decentralized Science）は、ブロックチェーン技術などの分散型技術を活用することで、科学研究の民主化を目指す新しい動きです。従来の科学研究は、限られた研究者や機関によって行われていましたが、DeSciは科学研究の資金調達、データ共有、論文発表など様々な過程を分散化することで、誰でも科学研究に参加できるようにすることを目指しています。合成生物学は、オープンソースの生物学ツールやデータの共有が盛んな分野です。合成生物学とDeSciは親和性が高く、両者の融合により、科学研究の資金調達、データ共有、論文発表、コラボレーション、成果の検証などの過程が効率化され、研究から社会での実装が加速すると期待されてます。このことから、合成生物学関係のDAO設立を含め、さまざまな試みが盛んになっています。

「匂いセンサー」が男性と女性の血圧の違いを説明?

全体に公開・2024/03/25

若い女性の血圧が、同年代の男性よりも拡張期血圧（下の血圧）と収縮期血圧（上の血圧）の両方で10mmHgほど低いことはよく知られています。この違いは性ホルモンによるものとされてきましたが、その理由は未だに不明です。例えば、閉経後の女性に対するホルモン補充療法は血圧を変えることはありませんし、高齢男性のテストステロン低下は心血管疾患のリスク増加と関連しており、性ホルモンだけでは説明できません。同様なメスとオスの血圧の違いは、C57BL/6マウスでも観察され、メスはオスよりも約10 mmHg低いそうです。 3月20日のScience Advances誌に、ジョンズ・ホプキンス大学のチームが、マウスとヒトの両方のデータを用いて、匂いや化学物質を感知する細胞表面タンパク質の一つが、この血圧の性差に関与する可能性を示唆する研究を報告しています。

【日曜コラム】論文のプレプリントとは？

全体に公開・2024/03/24

このところ、合成生物学関係でも関心の高い話題がプレプリントサーバーであるbioRxivでプレプリントとして掲示されることが多くなっています。日本の一般メディアの記事を含めて、「最新」と称する科学ニュースが数年前にはプレプリントとして公表された古い話題になっていることもあり、報道時点では「いまさら」という印象を持つことも多くなっています。こういう状態ですと、査読を経て正式に学術誌上で発表されるのを待っていると、最新の話題が紹介できないということになってしまいます。プレプリントの発表をどう扱うのかというのは悩ましい問題です。やらなければならないのは、査読前のプレプリントでの掲示であると明確に記載することでしょうか。特に、メディアによる報道では、このことは必須です。

麹菌の合成生物学ツールキット

全体に公開・2024/03/23

ニホンコウジカビ (Aspergillus oryzae) は、真菌類であるコウジカビ属の有性生殖をしない不完全菌です。麹菌の一つとして、醤油、味噌、日本酒、焼酎などを作るために使われており、2006年の日本醸造学会大会では日本の「国菌（national fungus）」とされました。デンプン分解やタンパク質分解に優れており、ニホンコウジカビが作るデンプン分解酵素・ジアスターゼ（アミラーゼの別名）は、高峰譲吉が医薬品タカジアスターゼとしたことでも知られています。真菌を使った食品の生産は、大きな商業的な可能性を秘めた分野であり、現在、ヨーロッパ、米国、アジアで入手できる真菌を使った肉や乳製品の代替品の数が増えています。そのようなことから、このような真菌を扱うための合成生物学的なツールの重要性が高まっています。セルラーゼを大量に生産するために、バイオマス完全分解といった工業的に利用されてきた真菌Trichoderma reeseiは、そのようなツールが開発され、卵白および乳タンパク質の生産が可能になっているそうです。ところが、このような工業用の真菌は食品としての歴史がないため、様々な課題があります。そこで、注目されるのが、ニホンコウジカビ (A. oryzae)です。

世界のバイオテク企業を知る

全体に公開・2024/03/22

製薬会社ですと、ビッグファーマやメガファーマと言われるような巨大企業の名前が容易に思い浮かぶと思います。一方、合成生物学とも関係している、あるいは合成生物学そのものを扱うバイオテク企業というと、意外に知られていないものが多いです。indsidermonkeyのサイトで、世界の30の巨大なバイオテク企業の説明というのを見かけました。トップ10の名前だけを並べると以下のようになっています。 1. Novo Nordisk A/S (NYSE:NVO) 2. Regeneron Pharmaceuticals, Inc. (NASDAQ:REGN) 3. Vertex Pharmaceuticals Incorporated (NASDAQ:VRTX)

生成AIで抗体をゼロから設計することに成功

全体に公開・2024/03/21

抗体医薬はタンパク質治療薬の最も重要なもので、現在160以上の抗体治療薬が世界中で認可されており、その市場価値は今後5年間で4,450億ドル（67兆円）に達すると予想されています。例えば、免疫チェックポイント阻害剤オプシーボやアルツハイマー型認知症新薬レカネマブも抗体医薬です。しかし、治療用抗体の開発は依然として、動物の免疫や、標的に結合する分子を見つけるための抗体ライブラリーのスクリーニングが利用されています。私が2018年に執筆した「ナノボディ（脳科学辞典）」のなかにこのような文章があります。将来的には人工知能などを使ったナノボディのデザインなども可能になるのかもしれない. それから5年以上経過していますが、ついにこれが実現したようです。

生物発光を再現する植物のヒスピジン合成酵素

全体に公開・2024/03/20

Neonothopanus nambiという発光キノコの自律的な生物発光系をいくつかの酵素の指向性進化により、より強く発光するようにしたという報告について、以前紹介しました。この生物発光系は、植物が本来持っているカフェ酸から「ヒスピジン」という物質を経て、発光物質「ルシフェリン」（3-ヒドロキシヒスピジン）を合成させ、それが発光するというものです。その時の一つの残された課題として、カフェ酸からヒスピジンを合成する「ヒスピジン合成酵素（HispS）」の問題がありました。Neonothopanus nambiのヒスピジン合成酵素nnHispSではうまくいかず、別の真菌であるMycena citricolor 由来のmcitHispSを利用していました。一つの問題は、こうした真菌由来のHispSは、5000塩基とサイズが大きいことです（例えば、GFPなら1000塩基以下）。更に、真菌由来のHispSは、その活性のために翻訳後修飾 (ホスホパンテテイニル基の付加) を必要とするため、糸状菌Aspergillus nidulans由来のNpgA などのホスホパンテテイニルトランスフェラーゼも同時に発現させることが必要になっています。

肥満治療薬の新しいアナログ

全体に公開・2024/03/19

「やせ薬」として利用できるようになった2型糖尿病治療薬だったGLP-1受容体作動薬（セマグルチド、リラグルチドなど）ですが、昨年のScience誌のブレークスルーにも選ばれ、NewsPicksや他のメディアでもさまざまな話題が報道されています。先日も、経口の薬がよく効くという話題が報道されていました。もちろん、肥満治療薬の開発はまだ続いています。その状況はこの総説に詳しいです。 Melson, E. et al. What is the pipeline for future medications for obesity?. Int J Obes https://doi.org/10.1038/s41366-024-01473-y

ゼノボットをめぐる冒険

全体に公開・2024/03/18

合成生物学というと、DNAパーツを集めて細菌や酵母の遺伝子回路を設計するというようなことを思い浮かべてしまう方が多いと思います。しかしながら、このトピックが扱う合成生物学は、遺伝子、細胞だけでなく、器官、個体、脳、更には生物が作る社会や生態系（バイオーム）のレベルにまで及びます。そのうち、複数の細胞が集まって、組織や器官を作るところは、オルガノイド、3D培養肉、更にはバイオボット（生物学的ロボット）を含めて、発生生物学から派生した「合成生物学」の対象として、特に取り組むべきであると、私は思います。合成生物の構築に向けた跳躍 The Scientist誌に、3月12日付けで「A Leap Towards Building Synthetic Organisms （合成生物の構築に向けた跳躍）」と題して、ボストン地区にあるタフツ大学のDouglas Blackiston氏のインタビューが掲載されていたので紹介してみたいと思います。

【日曜コラム】合成生物学ポータル

全体に公開・2024/03/17

2023年7月から開始したNewsPicksのトピック「合成生物学は新たな産業革命の鍵となるか？」ですが、記事数が250を超えて、バックナンバーが見にくい状態になってしまいました。本当はカテゴリーごとに分類したり、タグを付けて記事が管理できるとよいと思うのですが、NewsPicksの場合、そのような記事の管理ができないので、記事数が増えていくにしたがって、バックナンバーが眠ってしまうというような状態になっています。というわけで、NewsPicks記事のバックナンバーの管理を目的として、SynBioポータルというサイトを作りました。現時点では、バックナンバーの記事の整理ができていない状態ですが、まとめ記事や学習記事などによって、少しづつ整理できたらと思っています。

細胞間コミュニケーションを記録する

全体に公開・2024/03/16

合成生物学というと、どうしても細胞内部や一つの細胞のことに視点が偏りがちですが、多細胞生物の細胞と細胞の間のコミュニケーションを理解し、そのようなコミュニケーションを合成し、組織、器官、更に個体を制御することも大切です。近年、細胞の成り立ちが複雑な神経系を含めて、さまざまな状況での細胞間のコミュニケーションを研究するためのツールが増えています。特に、シングルセルシーケンシングを発展させたコンピュータ生物学的なツール、酵素による近接標的の標識など、さまざまな方法が用いられるようになってきています。この分野についての最近の総説です。多様な免疫細胞の間のコミュニケーションには、多様性、迅速性、柔軟性、特異性、動的、多重性、階層性、ネットワーク性、冗長性、制御性といった特徴があり、「Kiss-and- Run」としばしば形容される細胞表面での素早い接触と細胞の代謝回転が重要な役割を果たします。このような細胞間コミュニケーションを細胞ごとに記録することが重要です。

ジェフ・ベゾスの基金が持続可能たんぱく質のためのセンター設立を支援

全体に公開・2024/03/15

アマゾン会長ジェフ・ベゾス氏の基金が「持続可能たんぱく質」の研究機関設立に6000万ドル（約88億円）を支援するという発表がありました。これは、ベゾスが設立した気候変動対策に重点を置いた地球基金Bezos Earth Fundの副会長ローレン・サンチェス氏が3月12日に発表したものです。ちなみに、ニュースアンカーであったローレン・サンチェス氏は、（多額の財産分与で離婚した）ジェフ・ベゾス氏の現在の婚約者です。詳しくは、Bezos Earth Fundの発表したプレスリリースに詳しいです（といっても具体的なことは発表されていません）。 Bezos Earth Fund Vice Chair Lauren Sánchez Announces $60 Million to Establish Bezos Centers for Sustainable Protein（ベゾス地球基金副会長ローレン・サンチェス氏、持続可能なたんぱく質のためのベゾスセンターの設立に6,000万ドルを投入すると発表）

抗原検査のような検査ストリップでPCR検査の感度を実現?

全体に公開・2024/03/14

PCR検査が、感染症のような公衆衛生、バイオセキュリティ、環境科学に与えた影響は非常に大きいことは、新型コロナウイルス感染症のパンデミックで実感されたと思います。一方で、抗原検査はPCR検査に比べ感度は劣るものの、その簡便性から有用なものになっています。 PCR検査の感度と抗原検査の簡便性を合わせたような検査技術の開発は世界中で行われていると思います。シドニーにあるニューサウスウェールズ大学のチームが、CRISPR/Cas12a系を利用したポケットサイズの検査ストリップを開発して、3月5日付けのNature Communications誌に報告しています。 Deng, F. et al. (2024) Topological barrier to Cas12a activation by circular DNA nanostructures facilitates autocatalysis and transforms DNA/RNA sensing. Nat Commun 15, 1818 . https://doi.org/10.1038/s41467-024-46001-8

責任ある人工知能 x バイオデザイン

全体に公開・2024/03/13

これまで科学者たちは核兵器とどのように向き合ってきたのか。核兵器と同じように新しい脅威である人工知能 (AI) によって設計されるタンパク質や生物兵器の危険性については、このトピックでも繰り返し紹介してきています。この3月8日、この可能性を指摘し、同時に政府による規制の可能性を回避することを期待して、AIをタンパク質設計に利用しているシアトルのワシントン大学のDavid Baker博士ら、数十人の科学者らが、タンパク質設計の安全かつ倫理的な使用を求める取り組みを立ち上げ、このイニシアチブに署名しています。このウェッブサイトは、「Responsible AI x Biodesign （責任あるAI x バイオデザイン）」というものです。

【合成生物学ナビ】酵母による天然物生産

全体に公開・2024/03/12

出芽酵母（Saccharomyces cerevisiae）は、古くから利用されてきた真菌で、合成生物学でも全ゲノム合成プロジェクトSc2.0の対象にもなっています。実際に、酵母を用いて、ハイドロコルチゾンやアルテミシニンといった化学物質が工業スケールで作られるようになっています。新しいCurrent Opinion in Biotechnology誌に「Emerging trends in production of plant natural products and new-to-nature biopharmaceuticals in yeast（酵母を用いた植物天然物および新規天然バイオ医薬品の生産における新たな動向）」という総説（オープンアクセス）がでていましたので目を通してみました。

新技術でわかったハンチントン病のトリプレット伸長と細胞死の関係

全体に公開・2024/03/11

アルツハイマー病、パーキンソン病、ハンチントン病を含めた神経変性疾患は、病気の中で最も複雑な病気の一つであり、その原因とメカニズムの解明に多くの研究者が関わってきましたが、依然として議論の対象となっています。ハンチントン病（HD）は、自分の意志に反して手足、顔面をピクつかせたり動かしてしまう舞踏運動と認知機能障害、精神症状（幻覚、妄想、抑うつ等）を特徴とする遺伝性、進行性の神経疾患です。その病因遺伝子は4番染色体短腕4p16.3に位置するハンチンチン（huntingtin）タンパク質をコードするHTT遺伝子で、変異ハンチンチン (mHTT) 遺伝子の第1エクソンに存在する「3つの塩基配列CAG」のCAGCAGCAGCAG..という繰り返し配列の数（CAGリピート）が生涯を通じて増加することで、細胞死につながることで引き起こるとされています。CAG配列はグルタミンに翻訳されるため、トリプレット病のうち、ポリグルタミン病、CAGリピート病とも呼ばれる疾患の一つです。

【日曜コラム】文化、人新世と合成生物学

全体に公開・2024/03/10

今週気になった科学ニュースを2つ、紹介します。 📌まず、Nature誌で3月6日に報告されたマルハナバチ（Bombus terrestris）が、文化を伝達する能力も持っているという話題です。マルハナバチが、これまでヒトだけができると考えられてきた複雑度の高い行動の一部を社会的学習によって習得できることを示す証拠となった。。。。社会的学習能力があり、もしかすると文化を伝達する能力も持っているかもしれないことを示す証拠となる。動物行動学：マルハナバチは群れの仲間から学んで複雑なパズルを解く Bridges, A.D. et al. (2024) Bumblebees socially learn behaviour too complex to innovate alone. Nature https://doi.org/10.1038/s41586-024-07126-4

合成生物学で流行っているもの？

全体に公開・2024/03/09

今どきの合成生物学では何が流行しているのでしょうか？ GEN誌に、「What’s in Vogue for SynBio’s Retooling of Nature’s Code?（SynBio による Nature's Code の刷新で何が流行っているのでしょうか?）」という記事がでていましたので、紹介します。この記事は英国、欧州発の合成生物学関連企業を紹介するのが目的という印象です。以下、記事になかったリンクや生成AIによる要約です。新しいスタイルには、膜のない細胞小器官、非標準アミノ酸コドン、再プログラムされたヒト細胞、汚染物質を代謝する細菌が含まれます。 📌非標準アミノ酸を使用した遺伝コードのリファクタリング

アジアゾウのiPS細胞の作製に成功

全体に公開・2024/03/08

George Church氏が共同創業者であるColossal Biosciences社（テキサス州、2021年設立）が、De-extinction事業（絶滅生物の復活）として、ケナガマンモス、フクロオオカミ（タスマニアンタイガー）、ドードーなどの復活を目指した研究を行ってきていることは、本トピックでも何度か取り上げてきています。この3月6日に、同社が、アジアゾウ（Elephus maximus）のiPS細胞を作製することに成功したという発表を行い、さまざまなメディアで取り上げられています。報道では査読前の論文原稿を掲示するプレプリントサーバbioRxivにまもなく発表するということですが、既に掲示されています。このプロジェクトを主導しているのは、同社のEriona Hysolli博士です。

新型コロナワクチンを一人で217回接種

全体に公開・2024/03/07

一人で217回の新型コロナウイルスワクチン接種を受けたというドイツの男性についての検査結果が、ニュルンベルクのフリードリヒ・アレクサンダー大学（FAU）のチームから、3月4日付けのLancet Infectious Diseases誌で報告されています。 Kocher, K. et al (2024). Adaptive immune responses are larger and functionally preserved in a hypervaccinated individual. The Lancet Infectious Diseases https://www.thelancet.com/journals/laninf/article/PIIS1473-3099(24)00134-8/fulltext

製薬業界にカジュアルファッションの合成生物学が広まる？

全体に公開・2024/03/06

シリコンバレーでは、ネクタイをしめたスーツ姿は少数派になるので、浮いてしまい違和感を持たれるとも言われます。反骨精神旺盛なテック企業では、スティーブ・ジョブズのようないつも同じジーンズとシャツが「制服」なのかもしれません。近年のmRNAワクチンやCGT（Cell and Gene Therapy、患者の細胞や遺伝子に直接作用することで、病気の治療を目指す技術）の躍進は、合成生物学の成果ですが、一方で製薬や医療では敢えて「合成生物学」という言葉を使って、このような成果を認識していないです。おそらく、このあたりの認識のギャップが、合成生物学の発展に大きな障害になっているような気がします。 Synbiobetaに「Is Pharma Finally Catching onto SynBio?（製薬会社はついに合成生物学に追いついたのか?）」という記事があり、Mekonos社の創業者でありCEOであるAnil Narasimha氏のインタビューを通じて、製薬会社の合成生物学についての認識についてのギャップについて議論しています。ちなみに、Anil Narasimha氏もノーネクタイです。

大腸がんの左右差

全体に公開・2024/03/05

大腸がん（結腸がん・直腸がん）が増加しています。米国では原因不明ながら若い人の間で増えているようです。結腸がんが左側にできるか、右側にできるのかによって、その症状、予後、治療に大きな差があるのはよく認識されています。これは、その解剖学的特徴から左右に違いがあるのは明らかなのですが、一方、結腸の近位（右）領域と遠位（左）領域のがんで、異なる遺伝子変異の違いも知られています。たとえば、BRAF遺伝子の変異は主に近位領域のがんの原因となりますが、KRAS遺伝子の変異はより一般的に結腸の遠位領域および直腸領域のがんの原因となります。2つの領域の間には、多くのエピジェネティックな違い (遺伝子のオンとオフを制御するDNAの修飾) も存在します。BRAFによって引き起こされる近位結腸がんは、CpGアイランドなどの遺伝子調節要素における DNAメチル化が非常に高頻度で存在することに関連しています。

ユニバーサルなヘビ咬傷治療抗体

全体に公開・2024/03/04

ヘビ咬傷は、世界中で多くの命を奪っており、治療法の改善が求められています。世界にいる約3000種のヘビのうち、ヒトにとって危ないヘビは約15％とされています。毒ヘビに咬まれた場合、ヘビ抗毒素（抗血清）を注射しますが、これはウマなどの動物にヘビ毒のタンパク質を少量注射することを繰り返して抗体を作らせるという、昔ながらの方法で作製されています。更に、動物の免疫に必要な多くの種類のヘビの毒液の入手が難しく、需要も低いため、ヘビ毒の代替となる人工抗原や、毒素を中和する遺伝子組換え人工抗体などの開発が行われています。特に大きく残された課題は、それぞれの抗体は一般に単一のヘビ種に対してのみ作用することです。これは、各地域でヘビ咬傷を治療するために、異なる抗毒薬を製造する必要があることを意味します。異なるヘビの種が生息していれば、どのヘビによる咬傷か特定する必要もあります。

【日曜コラム】合成生物学の4つの壁

全体に公開・2024/03/03

アメリカ科学振興協会（American Association for the Advancement of Science、AAAS）は、1848年に設立された世界最大の学術団体の一つで、Science誌を発行していることでも知られています。あらゆる分野の科学の総合的な組織ですので、会員数も教育・研究機関の研究者、教育者、学生、科学コミュニケータ、ジャーナリスト、政策関係者、企業の関係者、一般市民も含めて12万人以上ということになっています。米国の科学技術の発展に重要な役割をしています。日本には存在しないタイプの科学関係団体です。 2月中旬にコロラド州デンバーで年次総会が開催されました。今年のテーマは、Toward Science Without Walls（壁のない科学に向けて）でした。

オーストラリアの合成生物学

全体に公開・2024/03/02

オーストラリアというと農業の盛んな国というイメージがありますが、合成生物学への投資にも積極的な国のひとつです。数年前の状況については、科学技術振興機構（JST）アジア・太平洋総合研究センター（APRC）の2021年の報告書「調査報告書 APRC-FY2021-RR-05　オーストラリア・中国・インドにおける新興技術「合成生物学」の進展と課題」を参考にしてみてください。 https://spap.jst.go.jp/investigation/downloads/2021_rr_05.pdf オーストラリアの科学産業研究を総括的に担っている政府機関がCSIRO（Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation、オーストラリア連邦科学産業研究機構）です。このほど、2021年に発表した合成生物学に関するロードマップに引き続いて、2024年度版のプログレスレポート「Synthetic Biology National Progress Report [2024] 」を発表しています。

FDAが承認した食物アレルギー薬

全体に公開・2024/03/01

米国のFDAが、特定の食品への偶発的な曝露によって引き起こされる重度のアレルギー反応を軽減するXOLAIR®（Omalizumab）[組換えDNA技術によって作製されたヒト化IgG1モノクローナル抗体]を米国内で承認したことが報道されています。成人および1歳以上の子どもの牛乳、卵、クルミ、ピーナッツなどの食物アレルギーが対象となります。 https://www.npr.org/2024/02/18/1232304606/fda-approval-food-allergies-xolair 食物アレルギーは米国では小児の8%、成人の10% が罹患しています。日常的な食物の回避と偶発的暴露が発生した場合の救急治療が、主な対応とされています。食物アレルギーの原因となる食物を食べて治す「経口免疫療法」もありますが標準的治療にはなっていません。

2024-03-01

バックナンバー2024年2月

バックナンバー合成生物学は新たな産業革命の鍵となるか？

青くないブルーチーズを作る

全体に公開・23時間前

くせになる独特の風味と香りのブルーチーズに生えた青緑色のカビに抵抗感のある方もおられるかもしれません。ロックフォールチーズ（Roquefort）はもともとフランスのブルーチーズということですが、アオカビ属（ペニシリウム属）のPenicillium roquefortiは、世界中でブルーチーズの製造に使用されている真菌です。ブルーチーズは、この真菌の増殖によって形成される色素胞子によって青緑色になっています。 1月8日のnpj Science of Food誌に、英国ノッティンガム大学のチームがこの色が生じる生合成経路を解明し、風味そのままの白いチーズを作ることに成功しています。 Cleere, M.M. et al. (2024) New colours for old in the blue-cheese fungus Penicillium roqueforti. npj Sci Food 8, 3.　https://doi.org/10.1038/s41538-023-00244-9

生物をAlphaFoldする

全体に公開・2024/02/28

「科学的な問題を理解していれば、AI は単なるツールにすぎません。」（David Baker） The Scientistに、同誌の編集長であるMeenakshi Prabhune氏による「Infusion of Artificial Intelligence in Biology（生物学への人工知能の導入）」という記事がでていたので、読んでみました。以下、同記事の生成AIによるまとめに、参考になるリンクを付けたものです。 📌タンパク質設計：AIが新たな可能性を切り開く AlphaFold の登場により、タンパク質構造予測問題はほぼ解決された。David Baker氏（ワシントン大学、シアトル）は、AI を利用した de novoタンパク質設計に取り組んでいる。目標は、自然界には存在しない、21世紀の問題に特化したタンパク質を作ること。彼のチームは、de novoコロナウイルスワクチン、標的抗がん剤、プラスチック分解酵素などを開発している。

600塩基の酵素的DNA合成が意味すること

全体に公開・2024/02/27

Ansa Biotechnologiesは、2018年、カリフォルニアのサンフランシスコ・ベイエリアで設立されたスタートアップです。創立者は、Daniel Arlow、Jared Ellefson、Sebastian Pallukです。 DNA合成は、35年間本質的に変わることなく、プラトーに近づきつつある化学的方法によって製造されていますが、Ansa Biotechnologiesは、酵素をベースとした新しいDNA合成技術を開発してきています。その技術は、2018年にNature Biotechnology誌に発表されたこの論文を基礎にしています。ターミナルデオキシヌクレオチジルトランスフェラーゼ（TdT）を用いたオリゴヌクレオチド合成法です。

鳥類レトロトランスポゾンによるヒトゲノムへの新たな遺伝子治療技術

全体に公開・2024/02/26

ヒトの病気治療に利用される最も一般的な遺伝⼦治療は、異常な配列をもったDNAに対して正常な配列をもったDNA、つまり正常な遺伝⼦を導入して追加する「遺伝子で治療する」治療です（「遺伝子を治療する」のではなく）。遺伝子治療はさまざまな技術で行われています。各種のウイルスベクターによる方法は、非複製エピソームまたはランダムに組み込まれる形で遺伝子を導入し発現させますが、免疫応答や変異誘発（遺伝子破壊やがん化）のリスクがあります。 piggyBacやSleeping Beautyのようなトランスポゾン系を利用した方法でも、導入遺伝子を挿入できますが、ランダムに挿入してしまうので、変異誘発の可能性があります。CRISPR-Casシステムは遺伝子破壊と塩基修正には簡便で優れていますが、DNA切断後の相同組換えによる遺伝子挿入は効率が低く限界があります。

【日曜コラム】研究評価に関するDORA（ドーラ）って何？

全体に公開・2024/02/25

研究評価とは、研究活動や研究成果に対して何らかの判断を行う行為全般を指します。大学や研究機関といったアカデミアでの研究評価は、研究者の採用・昇進・助成等に関わります。しかし、最終的には、例えば「どういう研究成果を教科書に載せるか？」「社会に役立つ研究成果とみなすか？」「どんな事業を行うスタートアップ企業に投資するのか？」「どういう研究成果に関係した株を買うのか？」など教育、企業経営、経済にも関わる問題であると思います。しっかりと評価された科学研究成果に基づく事業なら、確実な結果が期待されるでしょう。一方、評価がいい加減であれば、はったりや詐欺のはびこる世界に足を踏み込むことになってしまいます。日本のバイオ系の場合、しっかりとした科学的な評価に基づかないスタートアップが多いように感じます。日本のバイオ系が弱いのは、的確な評価のできる人材や目利き人材が少ないからではないかと個人的には思っています。ブランド、権威、話だけはうまい人といった印象に頼らず、科学評価力のある人材を大切にし、洗練された科学評価力を鍛えていく必要があります。

米国健康プロジェクト「All of Us」と次元削減UMAP

全体に公開・2024/02/24

「All of Us」は、米国国立衛生研究所(NIH)が主導する、100万人以上のアメリカ人の健康データを収集・分析する大規模な研究プロジェクトです。このプロジェクトは、個人の健康状態や遺伝情報、生活習慣などを包括的に分析することで、病気の予防や治療法の開発、個別化医療の実現を目指しています。予算では31億米ドル以上（5000億円近く）が投じられてきています。このプロジェクトによる収集データは、年齢、性別、人種、民族、健康状態、スマートウォッチなどのデータ、そして全ゲノム情報が含まれます。この2月19日のNature誌に、25万人近くの多様なアメリカ人参加者の全ゲノム配列情報についての論文が発表されました。このような大規模なデータの有用性は明らかです。

部位特異的組換え系によるモノづくりのカイゼン

全体に公開・2024/02/23

CRISPR-Cas系は、さまざまな遺伝子を非常に容易に標的とすることができるため、この分野に革命を引き起こし、2020年にノーベル化学賞の対象になり、合成生物学の最もホットなトピックになっています。しかし、CRISPR-Cas系には、オフターゲットといった望ましくない点突然変異や構造変化を引き起こすDNA切断、一部の生物で経験される編集効率の低さ、更には大きなDNA配列の挿入や欠失の難しさなど、依然として未解決の技術的課題があります。 Creリコンビナーゼ/loxPに代表される部位特異的組換え系は、原核生物と真核生物の両方において、今日の分子生物学および遺伝子工学における主要なツールとなっています。部位特異的組換え技術は主に、特定のDNA配列を認識して組換えるリコンビナーゼに依存しており、DNA配列の大きな欠失、反転、組み込み、転座を行うことが可能です。実際、リコンビナーゼによる部位特異的組換えは、合成酵母ゲノムへの複数の組換え部位の挿入によって複雑な構造を作るために、Sc2.0プロジェクトでも利用されています。

転写シス調節DNAパーツの設計

全体に公開・2024/02/22

現在の生物医学研究では、健常と疾患における細胞の情報をシングルセル、時空間の解像度で収集する細胞アトラス・プロジェクトの進行など、記述的なデータの量が急速に拡大しています。一方で、そのようなデータを利用して、ある細胞をリアルタイムで簡単な方法で他の細胞と区別することで、発生や炎症、感染症、癌を理解しようすると、特定の細胞を標識する必要があります。転写レポーターを使用すると、発生中や疾患の状態を実験的に特徴づけたり操作したりできますが、転写レポーターは限られたものしかなく、自分で作成しようとすると多くの試行錯誤が必要になります。また、遺伝子治療などでは、細胞特異的な遺伝子発現ができることが理想ですが、適切な発現プロモータを設計するのは困難なことも多いです。

大腸菌に代わる次世代細菌Vibrio natriegens

全体に公開・2024/02/21

大腸菌の形質転換は、クローニングなどの分子生物学研究において日常的な実験操作になっています。分子生物学の研究者は、あまりに当たり前の操作なので気づかないですが、実はインキュベータ、シェーカー、フリーザー、遠心機、製氷機、特殊な薬品、場合によってはエレクトロポレーションの機器など、意外に多くの特殊なリソースが必要です。一方、細菌を扱うような合成生物学のセットアップがない物理学や化学系の研究室、途上国やリソースのない中等教育機関、iGEMチームなど、多様な新規参入者にとっては、このようなリソースを自分で取り揃えることは結構な問題になると考えられます。また、合成生物学においても、クローニングのワークフローをロボット自動化しようとすると、例えばシェーカーの使用、氷上での保持といった細かな作業も必要で、スループットのクローン作成やスケールアップが困難というケースもあると思います。

RNA編集アップデート

全体に公開・2024/02/20

この1週間ほど、RNA編集の臨床利用についてのニュース解説をいくつか見かけましたので、まとめておきたいと思います。RNA編集に基づく少なくとも3つの治療法が臨床試験に入ったか、その承認を取得し、本格的に動き始めているという話題です。 📌RNA編集とDNA編集（ゲノム編集）の違い RNA編集（RNA editing）は、出来上がったmRNAや転写中mRNAの塩基配列を置換、挿入、削除といった生物現象、あるいは人工的に行う操作のことをいいます。 RNA編集とDNA編集の両方ともタンパク質の構造または量を変更したいという点で同じ目的で利用することができます。 RNA編集の特徴は一時的に働くようにできることです。DNA編集は遺伝子を不可逆的に変更してしまいますし、遺伝子にオフターゲット効果を引き起こす可能性があります。一方、RNA編集は、細胞の設計図そのものを書き換えるのではなく、細胞が絶えず作っている新しいmRNAを標的にしているため、それに対する効果のみです。これにより、DNA編集よりも安全な選択肢となる可能性があります。一方で、RNA編集で持続的に効果を出すためには、導入するRNAエディターの量を増やしたり、寿命を延ばす必要があります。これは、不可逆的に染色体レベルで変更するDNA編集のall or noneとなる遺伝学的な効果とは対象的です。

人工知能と核酸合成の安全性：NISTとEBRCのパートナーシップ

全体に公開・2024/02/19

年頭の「【新春コラム】2024年の合成生物学を考える」のなかで、2024年の合成生物学の今年の話題として予測した「生成AIや長いDNAを作る技術の開発と合成生物学の安全性、封じ込め議論」が本格化してきています。 2月16日、米国立標準技術研究所（NIST、National Institute of Standards and Technology）が、核酸合成に関連する人工知能（AI）の潜在的な悪用から身を守るためのスクリーニングおよび安全ツールを開発するため、非営利組織のEngineering Biology Research Consortium (EBRC) と2年間の共同研究契約を締結したと発表しています。

ブルーベリーの青い色合いの秘密

全体に公開・2024/02/19

青い色のフルーツはいくつか知られていますが、青い色素を含むものはほとんどありません。その名の通り青いブルーベリーには、それぞれの粒に濃い赤色の色素であるアントシアニンがたくさん含まれています。したがって、青い蝶や鳥といった動物などに見られる青色と同じように、ブルーベリーが青いのは構造色が原因であるとされてきましたが、具体的にどのようにして青く見えるのかは不明でした。 2月7日のScience Advances誌に、英国のブリストル大学のチームが、ブルーベリーなどの青色果物のクチクラ外ワックスには、青色光と紫外線を散乱するナノ構造が含まれていて、その構造色が青い粒の色の原因であると報告しています。

【日曜コラム】不自然なものへの不安

全体に公開・2024/02/18

食品、医療、環境、モノづくりで見られるさまざまな合成生物学の製品や技術に反対するアンチ合成生物学、あるいはアンチとも言えないまでも合成生物学についてのネガティブな感情の根源にあるのは、「不自然なもの」に対する漠然とした不安や恐怖なのだと思います。以前の拙コラム「自然と合成」のなかで、日本の「里山」が本来あった日本の自然ではなく、人工的なもの、不自然なものであることを説明しました。一方で、多くの人々は、当たり前のように「里山」を自然豊かな残したい風景と認識しています。そして、猫、鶏のような本来は自然でない存在についても、当たり前のこととして受け入れています。家畜動物、栽培植物を含め、食べ物の多くは、長い間の品種改良を経て、私たちが日常的に口にしているものです。品種改良されたもの、つまり人間の手の入ったものは、不自然なものと言ってよいと思います。でも、人々は不自然なものとは考えていません。

米粒上で動物細胞を増殖させたハイブリッド培養肉ライス

全体に公開・2024/02/17

代替肉、培養肉、昆虫食など、従来の肉とは異なる食品が、食糧危機や地球温暖化の観点から注目されています。韓国ソウルの延世大学校（Yonsei University）のチームが、米粒の上で動物の筋肉と脂肪細胞を増殖させた新しい食材、つまり「ハイブリッドミートライス」を開発し、2月14日のMatter誌に報告しています。 Park, S. et al. (2024) Rice grains integrated with animal cells: A Shortcut to a Sustainable Food System. Matter https://cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(24)00016-X

ヒメツリガネゴケの合成染色体プロジェクト

全体に公開・2024/02/16

最終的にはヒトゲノムの完全合成を目指すGP-writeという合成ゲノムプロジェクトが世界中で進行しています。昨年の終わりには、GP-writeでも先駆的な合成酵母プロジェクトSc2.0がほぼ終了しているというプログレスレポートの記事を掲載しました。この2月8日に、中国科学アカデミーの研究チームによるコケ植物の合成ゲノムプロジェクトの最初の報告がNature Plants誌に発表されました。これは、SynMossというコケの合成ゲノムプロジェクト開始の報告となります。 Chen, LG. et al. (2024) A designer synthetic chromosome fragment functions in moss. Nat. Plants. https://doi.org/10.1038/s41477-023-01595-7

進化する人類：チベットとアンデスの人々の高地順応遺伝子

全体に公開・2024/02/15

地理的には離れながら、同じように高地に住むチベットとアンデスの多くの民族（以下、チベット人、アンデス人と呼びます）は、高地での酸素レベルの低下による低酸素条件に耐えられるようになっています。数多くのゲノム比較研究により、多くの候補遺伝子がヒトの高地順応に関係していることが示唆されています。とりわけ、低酸素に対する細胞応答のマスター転写調節因子である低酸素誘導因子 (HIF) に関係したパスウェイの遺伝子が重要です。 HIF-2のαサブユニットをコードするEndothelial PAS domain protein 1（EPAS1) は、チベット人およびチベット犬といった高地に適応した動物で多型が見られる遺伝子です。チベット人に見られるEPAS1遺伝子の変異は、EPAS1タンパク質のアミノ酸配列の変異ではなく、遺伝子発現の制御に関わるものであるとされます。これは、チベット人の比較的低いヘマトクリット値（赤血球の全容積が全血液中に占める割合、つまり血液の「濃さ」）、および間接的または直接的に適応表現型（過剰な赤血球増加症からの保護）に関連しています。このチベット人の変異は、絶滅した旧人類であるデニソワ人から受け継いだものと考えられています。

音が土壌菌類の成長を促進する？

全体に公開・2024/02/14

失われた生態系を回復する場合、植林や種の再導入など目に見え、形あるものを利用するのが通常です。他の方法はないのでしょうか。オーストラリア・アデレードのフリンダース大学のチームが、菌類に音による刺激を加えると成長が速くなるとして、1月20日にbioRxivに査読前のプレプリントを掲示しています。これは、堆肥の作製や生息地の回復に利用できる可能性があるとしています。 https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.01.11.575298v1.full Trichoderma harzianumは、トリコデルマ属の土壌伝染性糸状菌です。一般に森林土壌など、植物性残渣の多い環境には非常に多く、枯れ木や朽ち木などによく繁茂しています。土壌菌の分離を行う場合にも、寒天培地上をいっぱいにしてしまいます。このような場合、これが出現した培地では他のカビの出現が減ります。このことから、さまざまな植物病害を引き起こす真菌病原体を抑制するために、葉面散布、種子処理、土壌処理に使用されています。

リバースメタボロミクス

全体に公開・2024/02/13

メタボロームは、生物体内にあるすべての代謝物質の総体です。メタボロームには、糖、アミノ酸、有機酸、脂質、核酸など、数千種類の代謝産物が含まれます。その種類や量を網羅的に分析する方法をメタボロミクスと言います。メタボロームは、遺伝、環境、食事、疾患などの影響を受けます。質量分析 (mass spectrometry、MS) は、人工知能分野でもエキスパートシステムのDendralなど、そのデータ解析の自動化は古くから先駆的な対象にされてきました。メタボロミクスで利用されるタンデム質量分析 (MS/MS) は、生体サンプル中の代謝物質をできるだけ多く捕捉して分析するために使用される基礎技術です。

水の消費量を減らすゲノム編集トマト

全体に公開・2024/02/12

農作物の水の利用効率を改善することは、重要な課題です。イスラエルのテルアビブ大学チームが、CRISPRテクノロジーを使用して、収量、品質、味に影響を与えることなく、水の消費量が少ないトマト（Solanum lycopersicum）を開発し、1月23日付けのProc Natl Acad Sci USA誌に報告しています。 Puli, M. R. et al. (2024) Null mutants of a tomato Rho of plants exhibit enhanced water use efficiency without a penalty to yield. Proc Natl Acad Sci U S A. 121:e2309006120.

【日曜コラム】合成生物学のリスク：最近の動き

全体に公開・2024/02/11

今回は合成生物学のリスクについての最近の動きを紹介します。 📌OpenAIによる合成生物学報告書 1月31日、OpenAIが、「Building an early warning system for LLM-aided biological threat creation（LLMによる生物学的脅威創出のための早期警告システムの構築）」という報告書を発表しています。つまり、ChatGPTに、生物兵器を作れるようにする能力があるのか、どうしたら良いのか、ということをChatGPTを開発しているOpenAI自身が調査してみたということです。こちらは上のOpenAIのサイトのGoogle翻訳版です（環境によってうまく読めないかもしれません）。

ウイルスとウイロイドの間に位置づけられる「オベリスク」とは？

全体に公開・2024/02/10

オベリスク（Obelisk）は、もともと古代エジプトで製作され神殿などに立てられた方尖塔です。米国でもボストンのバンカーヒルやワシントンDCのモールにそのような棒のような建物が立っています。 1月21日にスタンフォード大学を中心とするチームが、棒状の形状に自己組織化する1000塩基ほどのRNAからなる断片が、ヒトの口や腸の中に大量に潜んでいることを査読前のプレプリントとしてbioRxivに掲示して、あちこちで話題になっています。この実体は「オベリスク」と名付けられました。ウイロイドは独自の複製ポリメラーゼを持たずタンパク質もコードしないcccRNA（covalently closed circular RNA）で、これまで植物で約50種が見つかってきました（下記の（注１）参考）。一方、ヒトのD型肝炎ウイルス (HDV)も、「デルタ抗原」というタンパク質をコードするものの、独自の複製ポリメラーゼは持たず、自分では複製できないことから、従来の典型的なウイルスとは異なるcccRNAをゲノムとするRibozyviriaとしてウイロイド様エレメントとされてきました（下記の（注２）参考）。その塩基数は、ウイロイド、約350ヌクレオチド、HDVが約1700ヌクレオチドです。このことから、動物にもウイロイドや、従来のウイロイド/HDVと類似性のない新たなウイロイド様エレメントが更に存在するのではないか、と推定されてきました。

3Dプリントによる機能的なヒト脳組織

全体に公開・2024/02/09

ヒトの脳は、3Dネットワークにきちんと接続された特殊なニューロンとグリアのタイプの統合によって形成されます。ヒトの神経ネットワークがどのように機能するかを理解することは、脳の働きと疾患を調査するために不可欠です。また、そのようなネットワークをコンピュータと連結することで、新たな人工知能を作成することができるかもしれません。しかし、マウスなどの動物モデルは、動物とヒトとの神経構成、シナプス統合、アストロサイトの複雑さ、神経ネットワークの違いにより、ヒトの脳の高次の情報処理を正確に再現することができません。ヒトの脳の理解には、ヒトの細胞を使う必要があります。ヒトの3D神経組織には、ハイドロゲル培養、足場上での培養、自己組織化スフェロイド/オルガノイド、Brain-on-a-chipなどの方法がありますが、それぞれ長所・短所があります。

生物発光系の改良で作る自律的発光植物

全体に公開・2024/02/08

生物発光は、海に棲む無脊椎動物と魚類、陸生の無脊椎動物、あるいは原生生物、菌類などにも見られます。他の生物に共生する微生物による共生発光もあります。生物発光は、化学エネルギーを利用して光を発するため、外部からの光源を必要とせず、自分で光ります。一方、オワンクラゲのGFPといった蛍光タンパク質は、光エネルギーを利用して光を発するため、観察には外部からの光源が必要です。こうした自律的な生物発光は、発光基質である「ルシフェリン（luciferin）」の生合成に依存しています。生物発光は、ルシフェリンを酸化するルシフェリン-ルシフェラーゼ反応で生じますが、そもそも基質のルシフェリンが存在しないとルシフェラーゼだけを発現させても発光しません。ところが、有名なホタルのルシフェリンも合成される過程は完全には解明されていないのが現状です。

がん生物学に基づく医療再編？

全体に公開・2024/02/07

近年、技術的には合成生物学の成果ともいえる免疫チェックポイント阻害剤（抗体）やCAR-T療法（キメラ抗原受容体を発現するT細胞）などが、がんの治療に効果的に利用されるようになっています。また、安価なゲノムシーケンシングやシングルセルRNAシーケンシングなど、それぞれのがん細胞の詳細な遺伝子・分子的な特徴を捉えることもできるようになり、患者さんやがんの情報に基づく精密医療も、今後ますます発展していくものと思われます。そんななか、1月31日の英国の科学雑誌Natureに「Forget lung, breast or prostate cancer: why tumour naming needs to change（肺がん、乳がん、前立腺がんは忘れよう：腫瘍の命名を変える必要がある理由）」という論説が掲載されていて、興味深かったので紹介したいと思います。

保険業に進出する合成生物学企業

全体に公開・2024/02/06

保険業界と合成生物学。一見、全く関係ない業種ですが、Aanika Biosciencesという合成生物学スタートアップが、Aanika Insurance Services (AIS)という保険子会社を立ち上げたという記事を、synbiobetaのサイトで見かけました。 Aanika Biosciencesは、ニューヨークのブルックリンを拠点とする企業で、2018年に設立されました。以下のような企業です。 Aanika Biosciencesは、大手農業・食品企業にフード・セキュリティ・サービスを提供するバイオテクノロジー企業である。同社はITと合成生物学を組み合わせ、さまざまな課題に対する斬新なソリューションを開発している。同社は合成生物学を用いてサプライチェーンの完全性を確保し、潜在的な損失を削減する。同社は、企業が自社のサプライ・チェーンとその企業がサプライ・チェーンに関する貴重な知見を獲得し、顧客がより良い消費を選択することで、より持続可能な世界を実現できるよう支援している。

ランダム突然変異でレアアース吸着細菌を作る

全体に公開・2024/02/05

指向性進化（Directed evolution）は、欲しい機能や性質を持ったタンパク質や生物を作り出す方法です。タンパク質（それをコードするDNA）や生物にランダムな突然変異を発生させて、その形質を選択していきます。2018年のノーベル化学賞が酵素や結合体の指向性進化の研究についての受賞だったことは記憶に新しいです。細菌も含めて生物レベルの変異はN-ethyl-N-nitrosourea（ENU）などの化学変異原で起こすことができます。一方、標的とするタンパク質（それをコードするDNA）がわかっていれば、複製エラーを起こしやすいPCR酵素や条件で、in vitroでPCRを行うことでランダムに突然変異を起こすことができます。あるいは、大腸菌のXL1-Red株を用いる方法で、この株に形質転換するだけでランダム変異を導入できます。XL1-Redは大腸菌のDNA修復経路mutS、mutD、mutTの3つが欠損しており、突然変異発生率が極めて高くなっています。

【日曜コラム】危険なデザイナータンパク質の安全管理

全体に公開・2024/02/04

ウイルスには致死的な病気を引き起こす危険なものがありますが、生物が作るタンパク質そのものにも致死的な「毒」性のあるものがあります。例えば、多くのヘビ毒、サソリ毒、クラゲ毒、植物由来のリシン、ボツリヌス毒素や破傷風毒素のような細菌毒はタンパク質です。アミノ酸配列からできているので、DNA合成で配列を合成し、タンパク質を適切に合成させたり、必要ならば切断したりすることなどで調製することは可能です。核爆弾のようなものと違って、大掛かりな施設や装置も必要なく、密かにできてしまうところが怖いところです。更には、既存の毒を参考にしたり、あるいは全くゼロから、新しい「毒」タンパク質をデザインすることも可能なはずです。特に人工知能を使って、きちんと折りたたみができるようなタンパク質が自由に作製することができるようになってくると、漠然とではありますが、とんでもないものが作れてしまいそうな危うさを感じます。既に、ProtGPT2というような生成AIによるタンパク質デザインAIも開発されており、この分野は生成AIと同じように進展が速いです。生成AIで画像を作るような感じで、タンパク質をデザインするというわけです。2月1日刊行のCell誌は、構造生物学についての総説を掲載しており、そのなかでは最近の状況が説明されています。

鳥インフルエンザウイルスが種を飛び越えてヒト感染するトリック？

全体に公開・2024/02/03

ウイルスは通常、特定の種類の宿主にのみ感染します。しかし、インフルエンザウイルスは鳥から他の種に飛び移ることが多いようです。 2009年には、H1N1型ブタインフルエンザが鳥からブタ、そしてヒトに感染しパンデミックを引き起こしました。現在でも、鳥インフルエンザの発生により、鳥、哺乳類が感染しています。そのインフルエンザウイルスがヒトに感染し、新型インフルエンザとしてパンデミックとなる可能性は常に警戒されています。トリインフルエンザウイルスがヒトや他の哺乳類に感染する例は数多くあるにもかかわらず、ウイルスがどのようにしてトリから哺乳類に宿主を飛び越えるのか、つまり他の種の細胞に感染するのかはよくわかっていません。

【合成生物学ナビ】素材の開発

全体に公開・2024/02/02

合成生物学は、素材の持続可能性を向上させるための鍵になると言われます。ファッション、消費財、包装、建設資材、鉱業など、さまざまな業界で、石油由来の材料の代替品や新しい機能を持つ材料の開発が進んでいます。 1月23日のSynbiobetaのサイトに、「Synthetic Biology and Materials Science Working Together to Redefine Entire Industries（合成生物学と材料科学が連携して業界全体を再定義する）」という記事が掲載されていて、この分野の現状について詳細に解説しているので紹介したいと思います。以下は、Google翻訳で日本語にしたリンクです（環境によっては読めないかもしれません。日本語記事では英語の記事のリンクがほとんど読まれることがないという実情がありますので、提供しておきます）。

ダウドナ研の新リソースCasPEDIA

全体に公開・2024/02/01

プログラマブルヌクレアーゼとして、その多彩で多様な姿が次々と明らかになりつつあるCRISPR-Cas酵素。これを整理している百科事典データベースCasPEDIAができています。しかもCRIPPRで第一人者の一人とされノーベル化学賞を受賞したJennifer Doudna研究室が中心になって作製したものです。 Adler, B.A. et al. (2023).

2024-01-31

バックナンバー2024年1月

バックナンバー合成生物学は新たな産業革命の鍵となるか？

「伝染性」アルツハイマー型認知症の証拠

全体に公開・2024/01/31

アルツハイマー病の原因はまだ完全には解明されていません。しかし、長い期間をかけて脳の中で生じる、複雑な一連の事象によって発症することが明らかになってきており、遺伝、環境および生活習慣などの複数の因子が絡み合って発症すると考えられています。一般的には、アルツハイマー病全体の9割に相当し高齢者に発症する「遅発性散発性」と、若年（65歳以前）に発症する「早期発症型」、特にその一部で遺伝要因が考えられてきた「家族性」のものがあります。 1月29日、英国のユニバーシティ・カレッジ・ロンドンのチームが、幼児期にヒト死体下垂体由来の成長ホルモン（cadaveric pituitary-derived growth hormone）を投与されたことのある若年性認知症の一部の患者にアルツハイマー病の特徴であるアミロイドベータ斑が脳内で観察されたことをNature Medicine誌に正式に報告しています。

日本で作られた合成形態生物「フィジー人魚」

全体に公開・2024/01/30

日経サイエンス3月号は、「特集：生命を創る」として、合成生物学関係の特集になっています。酵母の合成生物学や合成生物学iGEMなどの記事も掲載されていて興味深いです。同じ号のなかに、「多細胞生命体を設計する合成形態学」という記事があり、そのなかでハーバード大学の博物館にある「フィジーで発見された人魚」というものが紹介されていました。英語版では、2023年5月号に掲載されていた「Synthetic Morphology Lets Scientists Create New Life-Forms」（Philip Ball）という記事の日本語訳です。日本の漁師や職人が販売目的で動物の体を使って作った「合成生物」？ということですが、どんなものなのでしょうか。19世紀、つまり江戸時代末期から明治時代に日本でこのようなものを作るのが盛んだったということです。

コーヒー品種の風味の違いは染色体レベル？

全体に公開・2024/01/29

同じ方法で焙煎されたとしても、シングルオリジンのコロンビアとエチオピアのコーヒー豆の風味は異なります。 1月23日のNature Communications誌に、イタリアのウーディネ大学のチームが、アラビカコーヒーノキのゲノムのロングリードによる配列決定により、世界中のコーヒー品種の風味やその他の特徴の違いは、個々の遺伝子の違いによるものではなく、主に染色体の大規模な交換、欠失、再配置の結果である可能性があることを報告しています。 Scalabrin, S. et al. (2024) A chromosome-scale assembly reveals chromosomal aberrations and exchanges generating genetic diversity in Coffea arabica germplasm. Nat Commun 15, 463. https://doi.org/10.1038/s41467-023-44449-8

【日曜コラム】培養肉についてのネガティブキャンペーン

全体に公開・2024/01/28

最近も話題になっている培養肉。動物細胞を培養装置で大量に培養することで作る肉です。英語版『WIRED』が、「The Murkey Campaign to Discredit Lab-Grown Meat（培養肉の信用を失墜させる不透明なキャンペーン）」という記事を掲載しています（1月28日時点では日本語版WIREDには掲載されていません）。「新しい広告キャンペーンが、テレビとオンラインで培養肉業界をターゲットにしています。業界支持者らは非科学的だと批判している。」というものです。この中で問題としているのが、ワシントンD.C.を拠点とする広報・非営利団体運営会社バーマンアンドカンパニー（Berman and Company）が運営するCenter for the Environment and Welfare（CEW）が、2023年に開始したキャンペーンです。

ヒト大便の標準試料の重要性

全体に公開・2024/01/27

「標準化」とは、どこで実験、検査しても同じ結果が得られるように基準となる物質や測定方法を定めることです。「標準化」により、研究ごと、更には病院間の情報共有が出来るようになり、より正確な解釈や診断が可能となります。 The Scientistに「Setting Standards for Stool（大便の基準をつくる）」という記事がでていました。ヒトの腸内には40兆個程度とも言われる細菌がいます。これは37兆個とされるヒト細胞数とほぼ同数です。健康や病気にも影響があるマイクロバイオームの重要性がますます高まっています。しかし、腸内にいる可能性のある特定の微生物種にマッピングするメタゲノミクス、または腸内微生物によって生成された可能性のある便中のタンパク質、脂肪、その他の分子を測定するメタボロミクスにおいて、測定ごとのばらつきや再現性が見られ、正確な解釈や診断ができないという問題が指摘されています。

抗体を多量に作る細胞の鍵は修飾tRNA

全体に公開・2024/01/26

細胞があるタンパク質を作る量は、タンパク質の種類、生物の種類、細胞の種類、その時点でその細胞が何をしているかによって大きく異なります。感染と戦うという状況が生じたとき、素早く大量に作る必要があるタンパク質に免疫グロブリン（抗体）があります。タンパク質をたくさん作るのは細胞にとってストレスであり、抗体産生B細胞は抗体分泌をサポートするためにさまざまな代謝変化を起こすことが知られています。合成生物学でも、日常的に遭遇する現象や操作に、コドンの最適化があります。例えば、細菌のタンパク質を植物細胞で作らせるときに、コドンを変更して、生産量を最適化するというようなケースです。また、特定のタンパク質では平均的なコドン使用パターンとは違うことがあります。免疫グロブリン（抗体）はどうなのでしょうか。

オープンエンド合成生物学がイノベーションの鍵

全体に公開・2024/01/25

合成生物学で持続的なイノベーションを実現するには、何が大切なのでしょうか。 1月19日のScience Advancesに掲載された「Open-endedness in synthetic biology: a route to continual innovation for biological design（合成生物学におけるオープンエンド性: 生物学的設計の継続的な革新への道）」という論考で、英国ブリストル大学とゲント大学の研究者らが議論しています。 Stock, M. et al. (2024) Open-endedness in synthetic biology: a route to continual innovation for biological design. Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.adi3621.

たった一つの遺伝子の追加で光を利用できる酵母ができた

全体に公開・2024/01/24

植物は光合成で光を利用できますが、動物のほとんどは光をそのような形では活用できません。もちろん、動物の体でも目などで光を感じ、光を浴びることでできるビタミンDといったものはあります。生物が光を生きるために利用できるようにするには、どのような方法があるのでしょうか。光で影響される代謝には、Chlorophototrophy（クロロ光合成）とRetinalophototrophy（レチナール光合成）の2種類があります。シアノバクテリアを含む多数の光合成細菌、あるいはそれを取り込んだ真核生物（植物）で見られるChlorophototrophyは、クロロフィルあるいはバクテリオクロロフィルの光化学反応を利用して、電子を励起して還元電位にし、炭素を固定するか、電子輸送鎖を駆動してプロトンを送り出します。このシステムは複雑で、クロロフィル分子の構築に多段階の反応、エネルギーを変換する複数分子を含む大きな膜複合体、および複数の酸化還元補因子が必要になります。この系を構築するには、30程度の遺伝子が必要とされています。

ヘビ毒の中和抗体が逆に毒性を強めてしまう

全体に公開・2024/01/23

WHOの推定によれば、ヘビには年間540万人が咬まれ、その死者は8万人–13.8万人とされており、手や足の切断などの回復できない身体障害を残す人は、その約3倍に達すると言われます。2018年には、ヘビ咬傷はWHOの顧みられない熱帯病（Neglected tropical diseases、NTDs）に指定されています。世界にいる3000種ほどのヘビのうち、ヒトに対し危険なヘビは約15％とされています。これらのヘビは、毒牙を持っており、咬んで毒液を注入します。ヘビ毒はタンパク質を主とした複雑な混合物で、多くの生理学的受容体に結合することで、ヒトにさまざまな症状を引き起こします。毒ヘビに咬まれた場合、品質の高いヘビ抗毒素（抗血清）が有効な治療法となります。しかし、これは、ウマなどの大型動物にヘビ毒のタンパク質を少量注射することを繰り返して抗体を作らせるという、100年以上前と同じような方法で作製されているのです。更に、動物の免疫に使う多様なヘビの毒液の入手が困難であり、需要も低いことから、世界的な不足が課題になっています。このような背景から、ヘビ毒に代わる人工抗原や、毒素を中和する遺伝子組換え人工抗体などの開発が行われています。

創薬の次なる切り札AlphaFoldは本当に役立つのか？

全体に公開・2024/01/22

創薬に人工知能は本当に役立つのか？役立つという意見と役立たないかもという懐疑的な意見が存在しているように見えます。 1月18日のNature誌のニュースに、「AlphaFold found thousands of possible psychedelics. Will its predictions help drug discovery?（AlphaFold は、サイケデリックの可能性のあるものを数千個発見しました。その予測は創薬に役立つでしょうか?）」という記事が掲載されています。ロンドンにあるGoogleのDeepMindが開発し公開しているAlphaFoldデータベースには、ほぼすべての既知タンパク質の構造予測が保存されています。病気に関係する分子のタンパク質構造は、製薬業界で有望な医薬品を特定し、改良するために使用されます。一方で、一部の研究者は、AlphaFoldの予測が新薬探索における実験の代わりになり得るかどうかを疑問視し始めています。

【日曜コラム】自然と合成

全体に公開・2024/01/21

里山の風景日本の郊外に広がる水田の風景。日本の水田稲作は、縄文時代後・晩期に大陸から伝わったと考えられています。言い換えれば、それ以前には、稲作や水田は全くなかったということです。温帯の広葉樹林の原生林や治水もされず洪水を繰り返す河川の周りの湿地や草むらが広がっていたことでしょう。日本の田舎の風景として懐かしさを感じる水田や棚田、杉などの植林を中心とした里山の風景は、極めて人工的なもので、本来、日本の国土にあった「自然」とは言えないものです。しかしながら、そんな人工的な「里山の風景」を守ろうという動きは盛んのように思います。「里山の風景」を壊して、もとの自然に戻そうという荒唐無稽な考えに賛同する人はほとんどいないと思われます。

【合成生物学ナビ】アーサー・ディ・リトルの合成生物学報告書

全体に公開・2024/01/19

アーサー・ディ・リトル（Arthur D. Little）は、米国ボストンで設立された世界最古の経営戦略コンサルティング会社として知られる多国籍経営コンサルティング会社です。1886年、マサチューセッツ工科大学の科学者Arthur Dehon Little（1863-1935）によって設立され、1909 年に正式に法人化されました。ビジネス戦略、オペレーションズリサーチ、ワードプロセッサ、初の合成ペニシリン、LexisNexis、SABREやNASDAQの開発において重要な役割を果たしてきました。 1月18日、アーサー・ディ・リトルが、「THE BRAVE NEW WORLD OF SYNTHETIC BIOLOGY　Major impacts, significant challenges（合成生物学のすばらしい新しい世界　- 大きな影響、大きな課題）」と題する報告書を発表しました。現在の合成生物学の全貌がよくわかる長文の報告書です。

新しい方法によるアカゲサル体細胞クローン作製

全体に公開・2024/01/19

「クローンのサル、2年以上生存　中国、胎盤の働き正常化」（共同通信）という報道がありました。非常にミスリーディングで本質を捉えていない記事だと思いました。このクローンサルは、ReTroと名付けられています。これは、今回の方法に用いられたTrophoblast replacementに由来するものだそうです。この研究は、上海にある中国科学院神経科学研究所のチームが1月16日付けのNature Communications誌に発表したものです。 Liao, Z.et al. (2024) Reprogramming mechanism dissection and trophoblast replacement application in monkey somatic cell nuclear transfer. Nat Commun 15, 5. https://doi.org/10.1038/s41467-023-43985-7

2024年の科学と技術にみる合成生物学

全体に公開・2024/01/18

既に2024年の注目点については年頭コラムの中で書いてきましたが、今回は米国の2つの雑誌、Science誌とMIT Tech Review誌の記事から、合成生物学について紹介したいと思います。ちなみに、こちらは英国のNature誌2024年注目科学イベントです。 📌米国AAASが発行しているScience誌の2024年のヘッドラインとなるサイエンスストーリー Ten science stories poised to make headlines in 2024（Science誌） https://www.science.org/content/article/ten-science-stories-poised-to-make-headlines-2024

ゲノム編集による栽培種化

全体に公開・2024/01/17

ゲノム編集を使ったブロックバスター製品（大ヒット製品）を生み出すポイントとは何でしょうか？私はその目的と背景となる文化を理解することだと考えます。 1月9日付けのNature誌に「How CRISPR could yield the next blockbuster crop（CRISPR はどのようにして次のブロックバスターを生み出すことができるか）」という記事が出ていました。その副題は、「科学者たちは特定の遺伝子を編集することで野生植物種を迅速に栽培種化しようと試みているが、大きな技術的課題と、先住民族の知識の悪用に関する懸念に直面している。」というものです。domesticate、domesticationという単語は「栽培化」と訳すことが多いと思いますが、今回は「栽培種化」という説明的な訳にしておきたいと思います。

同一人物の異なる指の指紋の類似性

全体に公開・2024/01/16

人間の指紋は、生体認証モダリティのゴールドスタンダードとして、デジタル認証や法医学において個人識別のために広く利用されてきました。これは、言うまでもなく、ひとりひとりの一本一本の指紋は、すべて違っていて、同じ指紋はないからです。また、同じ人物の異なる指の指紋、つまり「個人内の指紋」は固有のものであり、したがって一致しないことは、法医学界の常識のようになっています。つまり、指紋を利用する場合は、全く同じ指で一致させなければならないということです。コロンビア大学の大学4年生（日本風に言うなら、学部4年生）を中心とするチームが、この広く信じられている前提に、人工知能を使うことで異議を唱え、1月12日のScience Advances誌に発表しています。同一人物の異なる指からの指紋が非常に強い類似性があることを99.99%以上の信頼性で示したと主張しています。

CESで展示されたハイテク観葉植物

全体に公開・2024/01/15

ラスベガスで1月9日から12日にかけて開催されたCES® 2024は、Consumer Electronics Showであり、本来は家電やITなどの電子機器の見本市であったはずですが、医療関係、食品関係の関連商品も紹介されるようになっているようです。合成生物学の製品も紹介されています。その一つが、2018年にフランス・パリで設立されたスタートアップであるNeoplantsが販売するNeoplant Neo P1というものです。これは、ポトス（Epipremnum aureum）を合成生物学で改良した遺伝子組換えポトス（GMポトス）と2種類の細菌を使った空気浄化に効果があるというハイテク観葉植物キットです。これにより家庭やオフィス内で健康上のリスクを引き起こす揮発性有機化合物（Volatile organic compound、VOC）を除去することができるというのがコンセプトです。もとのポトスに較べて、家庭内で一般的なVOCであるホルムアルデヒドやトルエンなどの物質を空気洗浄する性質を持つとしています。

【日曜コラム】サイエンスジャーナリズムの危機？

全体に公開・2024/01/14

今週、米国の公共ラジオ放送NPRのScience Fridayを聴いていたところ、MITのサイエンスジャーナリズム関係組織のディレクターDeborah Blumさんなどが出演して、「サイエンスジャーナリズムが萎んでいる」という話がありました。そのなかで、米国の一般科学雑誌である「Popular Science」がマガジンを廃止するということが話題になっていました。詳しくはこのThe Vergeの記事に詳しいです。 Popular Scienceは既にプリントされた雑誌は存在しませんが、オンラインでも月ごとに記事をまとめて雑誌とするといった形式は終わりにして、記事をオンラインで公開していくサイトになるということらしいです。つまり、Popular Scienceそのものがなくなるということではないようです。オンライン公開が中心になると、日ごと、月ごとといった編集の新聞や雑誌は消えていくというのは必然なのでしょう。

ニキビ治療のための皮膚常在菌の合成生物学

全体に公開・2024/01/13

ニキビ（尋常性痤瘡）は、角化異常および皮脂分泌の亢進などにより、Cutibacterium acnes（C. acnes）が増殖し引き起こるとされる炎症性疾患で多くの人が経験します。特に重篤、難治性になった場合は、抗生物質などで治療されます。海外では、イソトレチノイン経口薬（アキュテイン）が処方されることが多いですが、これはビタミンAの誘導体であり、重大な副作用があるなどの理由から、日本国内では承認されていません。通称アクネ菌と呼ばれるC. acnesは、嫌気性でグラム陽性の桿菌です。ヒトの皮膚常在菌であり、皮脂腺が多い顔面や胸背部に定着しています。C. acnesは、これまで Bacillus acnes、最近までPropionibacterium acnes として知られていましたが、2016 年にヒトの皮膚 (cutis) から命名された Cutibacterium属に再編され、Cutibacterium acnesと呼ばれています。

ヒト血液型とマイクロバイオームの関係

全体に公開・2024/01/12

動物と腸内微生物は共生関係の中で進化してきました。ヒトでも微生物が生息するための腸内環境を提供しており、腸内微生物叢（マイクロバイオーム、腸内フローラ）はヒトのエネルギー、代謝、免疫応答、さらには情動や行動といった神経系にも影響を及ぼすことがわかってきています。ヒトの遺伝学が腸内微生物の遺伝的多様性をどのように制御しているか、つまり腸の細菌がヒトごとの遺伝子で変化するのか、といったことについてはほとんど知られていません。 1月3日付けのNature誌に、オランダのGroningen大学のチームが、ヒトの遺伝学のマイクロバイオームへの影響、特にヒト血液型とマイクロバイオームの関係について報告をしています。その結果、ヒトのABO血液型であるA型オリゴ糖抗原の存在と、N-アセチルガラクトサミン（GalNAc）の代謝遺伝子クラスターを保有するフィーカリバクテリウム属のFaecalibacterium prausnitziiのゲノム断片と強く関連していることがわかりました。

ヒト胎児組織から脳オルガノイドを作る

全体に公開・2024/01/11

オルガノイドは、幹細胞を3次元構造にin vitroで培養して得られる組織様組織です。オルガノイドを使用すると、生理学的および病理学的側面のin vitro研究が可能になります。一方で、ヒトの脳組織を再現するヒト脳オルガノイドについては、さまざまな倫理的な議論もおこっています。組織オルガノイドを作るには、多能性幹細胞 (PSC) と組織幹細胞 (TSC) という2種類の幹細胞を利用することができます。一般に、ES細胞やiPS細胞のようなPSCから作ったオルガノイドは自律的に発生を続け、その終点に向かっていく動的なものと考えることができます。一方、TSCから作ったオルガノイドは、対応する組織の状態を長期的に反映する、より静的なものになります。したがって、大雑把にいうと、PSCオルガノイドは、発生と関連する障害についての情報を提供することになるのに対し、TSCオルガノイドは、特定のヒト組織において、正常および疾患における細胞の性格や外部からの影響についての情報を提供することができます。

末摘花を利用する分子農法企業がNASDAQに

全体に公開・2024/01/10

1月3日に分子農法（Molecular Farming）で知られるMoolec Scienceが、NASDAQでの取引を開始しています（NASDAQ: MLEC）。それに関連して、多くの報道が行われています。これは、Wiredの記事（英語版）です。 Moolec Scienceは、2020年にアルゼンチンのBioceres Crop Solutionsからのスピンオフで設立されたルクセンブルグに拠点を置くスタートアップです。分子農法に焦点を当て、植物に遺伝子を導入して動物性タンパク質を生産する技術開発を行っています。世界中で20以上の特許を取得しており、栄養価の高い食品をより持続可能かつ安価に製造する上で重要な役割を果たすとしています。現在は、主に、アメリカ、ヨーロッパ、南米で展開しています。

ニワトリの鳴き声でニワトリの感情がわかるヒト

全体に公開・2024/01/09

動物同士のコミュニケーションといった神経科学に関係した現象も、合成生物学の対象になります。かつて、チャールズ・ダーウィンは、声による感情表現の起源は、陸生脊椎動物の先祖にまでさかのぼるという仮説を立てました。近年、人間が、カエル、ワニ、カラス、ジャイアントパンダといった動物の鳴き声を聞くことで、それらの動物の感情を解釈できる可能性が示唆されてきています。オーストラリアのクイーンズランド大学のチームが、ニワトリが発する鳴き声の文脈を人間が正しく識別できるかどうかを研究者らが調査した結果、陸生脊椎動物は感情的な音声信号伝達システムを共有している可能性が更に高まったとしています。 McGrath, N. et al (2024) Humans can identify reward-related call types of chickens, Royal Society Open Science. https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rsos.231284

合成生物学に必要な新しい資金調達モデル（世界経済フォーラム）

全体に公開・2024/01/08

2024年のダボス会議・世界経済フォーラム年次総会が、1月15日から19日にかけて、スイスのダボスで開催されます。今年のテーマは、「信頼の再構築へ」。その関連資料EMERGING TECHNOLOGIESの中で、「The green gold rush: How investment into synthetic biology could help achieve net zero（グリーンゴールドラッシュ: 合成生物学への投資がネットゼロの達成にどのように役立つか）」という文章（英文）が公表されています。これは、ヨーロッパのメディアであるThe European Stingとの協力による記事ということです。

【日曜コラム】災害対策と合成生物学

全体に公開・2024/01/07

このたび、被災された皆様に心よりお見舞い申し上げます。被害を受けられた皆様には謹んでお見舞い申し上げるとともに、被災地域の一日も早い復旧を心よりお祈り申し上げます。さて、今年の注目点について、2024年1月1日付けのコラムでまとめさせていただいております。このなかでは、災害対策など、合成生物学とは一見無関係に感じることについても、貢献していくことを考えていくことが大切であると指摘しました。 12月のNature OUTLOOKに、Nanyang Technological University in Singaporeの研究が紹介されていました。この記事では、「このサイボーグゴキブリは地震の捜索救助の未来となる可能性がある」として、サイボーグゴキブリ、サイボーグクラゲなどバイオハイブリッドロボットの研究について説明されています。

尿を黄色にしている細菌の酵素が判明

全体に公開・2024/01/06

尿の色は細菌の仕業という話題です。尿の黄色は、ウロビリン（Urobilin）によるものです。この物質は、ヘムの分解生成物ですが、ウロビリンがどのようにして生成されるのか、つまり尿が黄色になる原因の全貌というのは謎のままでした。そんななか、メリーランド大学のチームが、1月3日のNature Microbiology誌に、この謎解明の鍵となる細菌由来の酵素を同定したと報告しています。 Hall, B. et al. (2024) BilR is a gut microbial enzyme that reduces bilirubin to urobilinogen. Nat Microbiol https://doi.org/10.1038/s41564-023-01549-x

医薬品開発を成功に導く新しい遺伝的優先順位スコア

全体に公開・2024/01/05

治療薬の開発コストが上昇している主な原因は、高額費用が必要な臨床試験の失敗であり、医薬品開発パイプラインの非効率性です。つまり、初期段階の標的の優先順位付けを改善することが大切です。ヒトで遺伝学的裏付けのある医薬品の開発は、臨床試験を経て承認される可能性が高いことが示されています。例えば、メンデル遺伝子座およびゲノムワイド関連研究 (GWAS) の裏付けのある医薬品は臨床試験で承認される可能性が2倍高いことが示されています。したがって、創薬標的遺伝子の優先順位付けのために「遺伝学的証拠」を統合したツールは創薬に有益であるはずです。マウント・サイナイのアイカーン医科大学のチームが、1月3日発行のNature Genetics誌に、19,365の遺伝子について、医薬品開発における標的の優先順位付けを強化するための新しい遺伝的優先順位スコア（genetic priority score、GPS）を報告しています。

光るスマート植物を人工衛星で監視する

全体に公開・2024/01/04

植物の病害は、約8割が真菌（カビなど）が原因とされています。イネのいもち病の原因となるPyricularia oryzaeも真菌です。真菌の感染に対処するために、多くの農薬が使われていますが、耐性の出現や環境負荷といったさまざまな問題が指摘されています。農薬を使うのは必要な時に限定するという方向が望まれます。 Synbiobetaに、「Smart Plants are Coming to a Field Near You This Year（スマート植物が今年、あなたの近くの畑にやってくる）」という1月2日付けの記事がでていたので紹介したいと思います。真菌を見つけたら畑に殺菌剤を散布するのは、学校の数人の子供がピンクの目を患っているからといって、その学校の子供全員に抗生物質を与えるようなものです。

ポリアデニル化レギュレーターを利用した新たな遺伝子発現の制御法

全体に公開・2024/01/03

投与する薬の量というのは制御されなければなりません。同様に、遺伝子治療に用いられる遺伝子の発現量というのも制御されるべきです。発現するタンパク質が多すぎると有毒になる可能性があり、少なすぎると治療効果が小さいかまったくない可能性があるため、治療に必要な範囲が存在するはずです。この当たり前のことは、これまでも認識されてきましたが、それを安全にうまく実施する方法がなく、遺伝子治療を臨床に利用する場合の潜在的な課題とされてきました。 2024年1月2日のNature Biotechnology誌に、ベイラー医科大学のチームが、ポリアデニル化のシグナルを5'非翻訳領域（5'UTR）におくアプタマー技術により、遺伝子発現量を制御する新しい方法について報告しています。

シンプルかつ安価に天然染色体を切り貼りして作る合成染色体

全体に公開・2024/01/02

合成生物学の研究や実用化に利用される染色体の切り貼り技術は、手間暇とお金をかければ可能な技術にはなっています。例えば、2023年には、酵母Saccharomyces cerevisiaeの染色体を人工合成する合成酵母プロジェクトSc2.0の進捗状況が報告されています。現在まで、合成染色体はもっぱら、in vitroとin vivoの技術を手間暇とお金をかけて、小さな合成 DNA 断片をより大きな分子に段階的に組み立てることによって、新たに生成されてきました。そんななか、12月20日に、南カリフォリニア大学のチームが、複数の天然の酵母のDNAセグメントから、合成染色体を安価かつシンプルに構築するCReATiNG (Cloning, Reprogramming, and Assembling Tiled Natural Genomic DNA) という方法を報告しています。

【新春コラム】2024年の合成生物学を考える

全体に公開・2024/01/01

2024年になりました。年の始まりに当たって、2024年にどのようなことが話題になりそうか、総括してみたいと思います。 📌日本の合成生物学関係では、経団連のBX戦略というのが、政策関係でどのように反映されていくのかが注目されます。 📌2024年の合成生物学の世界的な注目動向ですが、一部については、すでに紹介していますので、こちらでご覧ください。 📌ゲノム編集技術の実用と懸念の拡大合成生物学のトレンドとしては、昨年と変化することはあまり考えられませんが、注目事項だけをまとめていきます。医療、食品など、ゲノム編集技術の実用の試みが進んでいます。一方で、メディア的には「ノーベル賞技術」「面白さ」「倫理的に懸念」といった一般読者にとってはキャッチーなタイトルを付ける傾向があり、単純に納得しないように注意する必要があります。技術自体より、どのような目的で利用するか、本当に恩恵を受ける人数はどうなのか、という点に注目することが重要です。

2023-12-31

バックナンバー2023年12月

バックナンバー合成生物学は新たな産業革命の鍵となるか？

【合成生物学ナビ】合成生物学の今を知る

全体に公開・2023/12/31

2023年の通常記事は今年最後ということで、2023年の合成生物学の概況を手軽に知ることができる最新の記事2つを紹介したいと思います。英文ですが、短い文章で、合成生物学の概況を知ることができます。 🔴大きな問題と小さな解決策: 合成生物学がより強い未来を築く方法最初のForbesの記事は、IDTというDNA合成大手企業の社長であるDemaris Mills氏が書いている文章です。 🔴合成生物学: 自然のツール、再設計こちらのTechnologynetworksの記事は、Kerry Taylor-Smith氏というサイエンスライターが書いている文章です。この文章は、邦訳もされている「合成生物学」（ニュートン出版）の著者である Jamie A Davies氏へのインタビューが主なものになっています。植物の部分は、Alister Mccormick氏の話が掲載されています。

ゲノム編集：2023年の振り返り

全体に公開・2023/12/30

2023年は、ゲノム編集治療の承認など、ゲノム編集関係の技術が医療の場に実装され始めた年となりました。今後は、治療が困難であった疾患に対する新しい細胞療法や遺伝子療法の開発にはずみがつくと思います。このトピックでも、CRISPR-Cas9を使った従来のIndel型の変異によるもの、塩基エディタやプライムエディタなどの小さな改変を行うもの、エピゲノム編集などの技術について紹介してきました。このようなゲノム編集技術は、文章の編集ですと、単語を削除したり、取り替えたりするようなことに相当します。DIYでもできるようなローテックで、このツールをどのようにゲノムにアクセスさせるのか、といった導入法の開発が鍵になっています。

人工塩基を見分ける大腸菌RNAポリメラーゼ

全体に公開・2023/12/29

振動カプセルを飲んで減量

全体に公開・2023/12/28

今年は、GLP-1受容体作動薬がScience誌の年間ブレークスルーに選ばれるなど、大きな話題になりました。肥満は、糖尿病、循環器疾患だけでなく、悪性腫瘍にも関係しており、その食習慣から肥満が大きな問題になっている米国では特に注目されています。 GLP-1受容体作動薬は減量に役立ちます。しかし、現在は内服薬より注射が一般的で、高価ですし、副作用もあり、入手しにくいとも言われています。また、食事や運動などの非医学的介入は必ずしも効果があるわけではなく、既存の医学的介入の多くはかなり侵襲的です。例えば、胃バイパス手術や胃バルーンは安全上の懸念からほとんど利用されていません。 12月22日のScience Advances誌に、MITのチームが、高価な治療オプションを利用できない人々が利用できるコストで製造できる可能性があるとして、胃内で振動する摂取可能なカプセルを使用する方法について報告しています。

反応を設計し薬を作る化学者ロボット

全体に公開・2023/12/27

大規模言語モデル（LLM）が、自然言語処理、コンピュータプログラミングだけでなく、生物学、化学、など大きな話題になっています。 LLM を使用したロボット化学実験装置は、インターネットで文献を検索し、分子を合成するための実験を設計して実行するものです。Coscientist（カーネギーメロン大学）やChemCrow（ロチェスター大学）といったものが開発されてきています。 12月20日付けのNature誌には、カーネギーメロン大学のチームが作成したCoscientistについての論文が発表されています。 Boiko, D.A. et al. (2023) Autonomous chemical research with large language models. Nature 624, 570–578 https://doi.org/10.1038/s41586-023-06792-0

説明可能な人工知能（XAI）による抗生物質の発見

全体に公開・2023/12/26

「人工知能が出してくる解答が、どんなふうに出してきたのか分からない」「人工知能が結果を出力したとき、その出力してきた理由を説明できない」これは、人工知能のブラックボックス問題といわれており、「説明可能なAI（Explainable Artificial Intelligence、XAI）」の開発が注目されています。 12月20日付けのNature誌で、MIT-Harvardのブロード研究所のグループが、XAIにより新たな抗生物質を探索、化学構造の根拠を理解する方法の開発に成功し、黄色ブドウ球菌（Staphylococcus aureus）を含むグラム陽性菌に対してin vitroおよび in vivo活性を持つ新たな抗生物質について報告しています。

アグリフードテックの現実と期待される技術革新

全体に公開・2023/12/25

2023年は、CRISPR技術を使った治療法が米英で承認されるなど、合成生物学の未来にとってもエポックメイキングなイベントがありました。昨日の記事では、年末年始に読んでみたい合成生物学の未来予想図を考えるための比較的新しい本を紹介しました。しかしながら、合成生物学の現状は必ずしも明るいものだけではありません。特に、合成生物学を中心にしたテックを実装しようとするスタートアップの現状は夜も眠れないほど心配な状況にあることも伝えられています。アミリスの破産申請などの話題もそのようなものかもしれません。とりわけ厳しいのがアグリフードテック関係だと言われています。アグリフードテック関係のニュースサイトであるAgFunder Newsが、アグリフードテックのスタートアップ関係者に「夜も眠られない理由」と「最も期待している技術革新」について聞いたという記事が気になりました。

【日曜コラム】合成生物学の未来予想図を考える５冊

全体に公開・2023/12/24

2023年も最後の週です。年末になると、本を読んで、深く考えてみたくなることも多いと思います。今回は、「合成生物学」の目で、単なる技術や知識ではなく、思索を深め、未来を考え、感覚を磨く「読み物」を紹介したいと思います。 ①Siddhartha Mukherjee「The Song of the Cell」日本語訳「細胞‐生命と医療の本質を探る」(上・下）が、1月下旬に発売されるようです。ピュリッツァー賞受賞の医師による『がん』『遺伝子』に続く圧巻の科学ドラマ。顕微鏡による発見の数々から、感染症やがんとの苦闘、脳の仕組みの解明、最新の遺伝子治療まで、「細胞」からヒトそして生命の本質に迫ろうとしてきた人類の歩みを鮮やかに描くノンフィクション。

地域中核・特色ある研究大学強化促進事業にみるバイオ研究支援

全体に公開・2023/12/23

12月22日、文部科学省が、「地域中核・特色ある研究大学強化促進事業（J-PEAKS）」の令和5年度採択大学を発表しています。これは、大学関係者などからもさまざまな懸念があったいわゆる「10兆円規模の大学ファンド」（東北大学が最初の支援対象となる予定）に対して、地方大学や私立大学も応募、参加でき、1大学あたり5年間で最大で計55億円の支援が受けられるという日本の大学の研究力強化施策です。大学とその支援内容のリストを見るとわかるように、全体として農業・食糧系や医学系を含めて「バイオ」系の支援が強くなっているという印象です。そのなかには、合成生物学と強く関係したものもあるように見えます。一方で、現在の予算申請のバズワードみたくなっている「人工知能」「生成AI」といった言葉が表面上はでていないのが興味深いです。

毒ガエルが毒を集める仕組み

全体に公開・2023/12/23

カフェインなどのアルカロイド化合物は、コーヒーやお茶に含まれていて有用ですが、大量に摂取すると有害です。ヒトの場合、ある程度の量であれば、肝臓はこれらの化合物を安全に代謝できます。ヤドクガエル（Dendrobatidae）は、中南米大陸、ハワイなどに生息する比較的小さなカエルで、美しい体色を持つものがいることで知られています。また、数種はアルカロイド系の神経毒を持ち、原住民は、その毒を吹き矢に塗って矢毒とし狩猟等に用いていたことから、ヤドク・カエルと呼ばれています。毒を持つカエルは、マダガスカルにもおり、マダガスカルガエル（Mantellidae）と呼ばれ、ヤドクガエル同様にその多くが警告色を呈することで知られています。

頻脈の非動物モデル

全体に公開・2023/12/22

米国では、2022年、バイデン大統領が、FDA近代化法2.0に署名し、人体での医薬品治験前の動物実験の義務が撤廃されました。これに伴って、動物モデルを補完する非動物モデル系の開発の必要性が高まっています。同時に、エビデンスや再現性のある科学的な発見の提示には、統計学的な処理が必要なために多くの反復が要求され、そのようなモデル系の開発も必要です。しかし、臨床的には多くのサンプリングすることは困難なことも多いです。理想的には、病気の診断直後、病気中、治療後に患者から試料を採集したいところです。「頻脈」は、心臓に構造的疾患がなくても心筋症を誘発する可能性があります。適切なモデル系の開発が望まれています。

2024年注目科学イベントにみる合成生物学

全体に公開・2023/12/21

2023年もまもなく終わろうとしていますが、Nature誌に2024年に注目すべき科学イベント（The science events to watch for in 2024）という記事がでています。高度なAIツール、月探査ミッション、超高速スーパーコンピューターなど9項目が、話題になるだろうと紹介しています。そのなかで合成生物学が関わるものは、7項目に及びます。現在の科学の発展には、合成生物学の視点が欠かせないことがよくわかります。 📌AIの進歩 DeepMindのAlphaFoldの新しいバージョンが公開されることで、創薬への利用が期待。生成AIの利用や規制について、さまざまな議論が続く。 📌星を目指す

違ったタンパク質を作ってしまうmRNAワクチン

全体に公開・2023/12/20

生物学でも、教科書に書いてあると、物理学の法則のように理解してしまうことも多いですが、生物学では実際に確かめてみるということはいつも大切です。 2023年のノーベル生理学・医学賞は、mRNAワクチンのウリジン（U）を「シュードウリジン（1-methylΨ、以下Ψ）」と入れ替えれることで、外来mRNAによる過剰な炎症応答を抑えられるという研究が評価されたものでした。 12月6日付けのNature誌に、mRNAのΨ修飾により+1フレームシフトでタンパク質が合成されることがあるという、合成生物学的な視点から興味深い研究が英国ケンブリッジ大学のチームにより発表されました。 Mulroney, T.E. et al. (2023) N1-methylpseudouridylation of mRNA causes +1 ribosomal frameshifting. Nature https://doi.org/10.1038/s41586-023-06800-3

合成生物学を伝えるアジモフ出版が誕生

全体に公開・2023/12/19

2023年の夏、MIT-Broad Foundryチームが、「ファウンドリFoundry」という名前は廃止し、合成生物学版のベル研を目指すために設立された「アシモフ研究所」に参加したという話題を紹介しました。そのアシモフ研究所が、アシモフ出版（Asimov Press）を設立し、ニュースレターや雑誌を発行することを発表しました。そのウェッブサイトによると、2週間に1つの特集記事を発行し、その間に追加のニュースレターや短いエッセイを掲載するとのこと。記事は3か月ごとに1冊の雑誌（年4回）にまとめられ、各雑誌にはこれまでに掲載されていない追加記事を含むテーマ別セクションが設けられるとしています。 Asimov Press を立ち上げます。この会社は、生物学的進歩に関する記事を特集したニュースレター、雑誌、書籍を発行します。私たちの主な焦点はバイオテクノロジーですが、メタサイエンスや隣接するテーマに関する記事も出版する予定です。ニュースレターや雑誌が無料で読めます。私たちの使命は、生物学の可能性を解明するアイデアを広め、それに伴うリスクを真剣に受け止め、タレントを差し迫った問題の解決に向けることです。

生命科学2023年の「方法」

全体に公開・2023/12/18

Progress in science depends on new techniques, new discoveries and new ideas, probably in that order.（科学は、新しい方法、新しい発見、新しいアイデア、たぶんこの順に依存して進歩する）シドニー・ブレナーこの言葉は、生命科学では、合成生物学を含めて、広く適用できるかもしれません。方法（テクニック）の新たな出現は、発見、そして新たなアイデアのきっかけとなるものです。生命科学関係の「方法」の研究を掲載しているNature Methods誌では、毎年、「Method of the Year」として、その年にもっとも重要と考えられる方法を選んで発表しています。

【日曜コラム】自ら発光するツリー

全体に公開・2023/12/17

年末ですが、Synbiobetaの記事が楽しいです。合成生物学の先端技術についての話題にそれとなく言及しています。自分で光るツリーというのは最近はどうなっているのでしょうか。そういえば、こういうのも見かけました。「合成生物学は新たな産業革命の鍵となるか？」担当：山形方人【Twitter】 https://twitter.com/yamagatm3

SCIENCE誌2023ブレークスルーにみる合成生物学

全体に公開・2023/12/15

年末恒例のSCIENCE誌のBreakthrough of the Yearの2023年版が発表されています。選ばれたのは、GLP-1受容体作動薬でした。 https://www.science.org/content/article/breakthrough-of-the-year-2023 その他、ランナーズアップとして、候補も発表されています。地球の炭素ポンプは減速している天然水素の探索がヒートアップ AI気象予報士の登場マラリアに対する新たな希望アルツハイマー病に対するわずかな前進アメリカ大陸の初期の原住民の存在が認められる可能性巨大ブラックホール合体の喧噪が耳に届く若手科学者が立ち上がるエクサスケール・コンピューティングの夜明け

人工エンハンサーをデザインする

全体に公開・2023/12/15

多細胞生物の細胞、組織、器官を作って維持するためには、特定の遺伝子の発現を高精度でオン/オフにしています。「エンハンサー」は、遺伝子のスイッチをオンにするゲノム中のDNAセグメントです。このような細胞あるいは組織特異的な活性を持つエンハンサーを自由にデザインできたら、ある遺伝子を特定の細胞や組織だけで発現させることができるようになります。例えば、天然のエンハンサーより特異性を高めたり、天然にはない特異性を持つエンハンサーが入手できれば、さまざまな目的に利用できるはずです。 12月12日発行のNature誌に、ウィーン・バイオセンターとハイデルベルクEMBLの共同チーム、そしてベルギーのKU Leuven（ルーヴェン・カトリック大学）のチームが独立して、深層学習を用いることでショウジョウバエ（およびヒトの）人工エンハンサーをデザインすることに成功し、２つの論文を発表しています。

エピゲノム編集の将来性

全体に公開・2023/12/14

12月になって、英国MHRAと米国FDAが、鎌状赤血球症のゲノム編集治療を承認したことで、CRISPRを使ったゲノム編集技術がさまざまな疾患の治療に利用されることが期待されています。これを受けて、Nature誌が、「CRISPR 2.0: a new wave of gene editors heads for clinical trials」という記事を掲載しています。今回承認されたようなCRISPR技術は、塩基の欠失（Indel変異）を狙ったものでCRISPR1.0ということになると思います。この記事のなかでは、CRISPR2.0として、CRISPR1.0に較べてオフターゲットの危険性が低い3つの方法について簡単に紹介しています。

人工知能と脳オルガノイドをつなぐハイブリッド型コンピュータ

全体に公開・2023/12/13

人工知能 (AI) は、シリコンのチップを使用して大規模なデータセットを処理する人工ニューラルネットワークによって実現されています。しかし、現在のAIコンピューティングハードウェアでANNトレーニングするには、エネルギーと時間が必要です。この問題の原因は、データがデータ処理ユニットから分離されている、つまりVon Neumannボトルネックです。そして、ムーアの法則の減速に見られるように、従来の方法の延長でのAIハードウェアの開発も限界になってきており、違ったアプローチが必要になってきています。 12月11日付のNature Electronics誌に、インディアナ大学ブルーミントン校のチームが、実験室で培養して作製したヒトの脳オルガノイドと従来の回路を組み合わせ、音声認識などのタスクを実行できるバイオコンピューター（Brainowareと呼んでいる）について報告しています。

酵素合成ポリマーベースの人工細胞

全体に公開・2023/12/12

生命とは、何か？についてはさまざまな考え方があると思いますが、一般的に言われるのは、①外と膜で閉じている。②代謝（物質やエネルギーの流れ）。③自分の複製をつくる。の3つの点です。細胞膜という形で仕切られた系をどのように作るのか、というのは地球上の生物と違った方法を含めてさまざまな可能性が考えられます。人工細胞は、化学反応などを行うためのマイクロリアクターであり、合成生物学経路のプラットフォームとなり、さらには生命の起源を研究するための重要なツールとなります。つまり、人工細胞の開発は、物質生産、医療、環境、生命の理解などの分野において重要な意味を持ちます。ドイツのダルムシュタット工科大学などのチームが、生体触媒重合誘導自己集合 (bioPISA)により、人工細胞を作成する方法を開発し、12月4日のNature Chemistry誌に報告しています。

巨大タンパク質のギネス記録更新？

全体に公開・2023/12/11

巨大なタンパク質として、しばしば言及されるのは、ヒトを含めた動物の筋肉に含まれる約40000個のアミノ酸からなるTitinです。一般的には、2000個のアミノ酸からできているタンパク質でも「大きな」タンパク質という感覚だと思います。このほど、カリフォルニア大学バークレー校の計算生物学者のチームが、Titinの2倍を超える85000アミノ酸の巨大タンパク質を含む、さらに大きなタンパク質を数十個発見し、bioRxivに査読前のプレプリントとして11月22日に掲載しています。巨大タンパク質に関する包括的な調査では、2008年に発表されたものがあり、細菌やアーケアのゲノムには、非常に大きなタンパク質をコードする遺伝子が存在する可能性が示唆されてきました。

【日曜コラム】合成生物学のスコープを広げる

全体に公開・2023/12/10

合成生物学というと、微生物を使っての物質生産、ゲノム編集、DNA合成といったものと理解している方が多いと思います。とりわけ日本の場合、アカデミア、メディア、産業界含めて、合成生物学についてのスコープが狭いと感じています。合成生物学は広い分野に影響を与えるものです。今週は、自然保護とゲノム編集、社会理解と教育、細胞生物学、ニューロテックなど、さまざまな話題が含まれていました。それぞれについて目を通すことで、合成生物学についてのスコープの広がりを感じることができます。例えば、自然保護とゲノム編集という一見対立するコンセプトが、協力関係になっていることなどは、興味深いと感じました。さまざまなことを違った視点で捉えることの重要性を物語っていると思います。

シアトル合成生物学ハブの設立

全体に公開・2023/12/09

アレン研究所、チャン・ザッカーバーグ・イニシアティブ（CZI）、およびワシントン大学（UW）が、12月7日、「シアトル合成生物学ハブ（Seattle Hub for Synthetic Biology）」の立ち上げを発表しました。アレン研究所は、マイクロソフトの共同創業者であるポール・アレンにちなむ研究所、CZIは、Meta（facebook）のマーク・ザッカーバーグと配偶者のプリシラ・チャンが設立した慈善団体です。ここでは、細胞の「歴史」を長期にわたって記録する新しい技術を構築する研究を実施するということです。健康と病気における細胞と遺伝子のエンドポイント測定だけでなく、時間の経過に伴うそれらの軌跡のダイナミクスを理解するとしています。特に、発生と免疫学で、細胞の変化を研究するための研究ツールの形で実証され、プロジェクトをさまざまな研究、診断、臨床応用に拡張する可能性を視野に入れています。

ニューロテックと合成生物学

全体に公開・2023/12/08

有名なレイ・カーツワイル著「シンギュラリティは近い（The Singularity Is Near）」の論点にはさまざまな意見があると思いますが、副題があるのをご存知でしょうか。それは、「When humans transcend biology」です。この本が日本語に翻訳された時、「人類が生命を超越するとき」となってしまったので、このbiologyの部分があまり認識されていません。実際は、「人類が生物学を超越するとき」というべきです。この場合のbiologyとは、自然の生物現象を指していると思いますが、Synthetic biologyはこれまでのbiologyを超越した生物学になるわけです。

生物ロボット：ゼノボットからアンスロボットへ

全体に公開・2023/12/07

3年ほど前に、アフリカツメガエル（Xenopus）の胚の細胞から再構成された生きたロボット「Xenobot（ゼノボット）」というものが話題になりました。この「Biobot（バイオボット）」を開発したのは、ボストン地区にあるタフツ大学のMichael Levin博士らのチームの研究でした。同じLevin博士のチームがヒトの気管支上皮細胞（normal human bronchial epithelial cell、以下NHBE細胞）を培養することで、自己構築型のバイオボットである「Anthrobot（アンスロボット）」を開発し、11月30日付けのAdvanced Science誌に発表しています[1]。Anthro-というのは、humanやhuman-likeの意味で、anthropologyやanthropoceneでお馴染みだと思います。

合成生物学の社会理解と人材育成

全体に公開・2023/12/06

12月25日は、アイザック・ニュートンの誕生日です。今回は、日本科学振興協会（JAAS）の「教育対話促進プロジェクト」アドベントカレンダーに登録するために筆者が書いた科学教育関係の記事を紹介したいと思います。合成生物学の社会での理解や研究開発人材育成にもつながるBioBusとiGEMの紹介をすることで、日本の科学教育のあり方についての提言となっています。以下、内容の簡単なまとめです。リンク等、もっと詳しい内容に興味のある方は上のnoteの記事をご覧いただければと思います。 🚌Science for allの試み：バイオバスバイオバスは、ニューヨーク市を中心に活動する非営利団体「BioBus」が運営する移動式の科学研究室です。幼稚園児から高校生、大学生までを対象に、実験や研究のスキルを学ぶ機会を提供しています。

自然保護活動とゲノム編集（その２）モモイロハト

全体に公開・2023/12/05

ドードー (Raphus cucullatus、モーリシャスドードー、Dodo) は、モーリシャス島に生息していた絶滅した鳥です。 Colossal社によると、ドードーの全ゲノムは主任遺伝学者であるBeth Shapiroによって配列決定されています。さらにColossal社は、モーリシャスに近いロドリゲス島に生息するドードーの絶滅した近縁種であるロドリゲスドードー（Pezophaps solitaria、別名、ソリティア、Rodrigues solitaire）と、ドードーに最も近い現存する近縁種であるミノバト（Caloenas nicobarica、別名、ニコバルバト、Nicobar pigeon）のゲノム配列を解読したとしています。その詳細は公開されていないようですが、ゲノム配列の決定は日常的な方法になっています。これまでの結果から、ドードーRaphus cucullatus、ロドリゲスドードーPezophaps solitaria、ミノバトCaloenas nicobaricaの3種の関係はハトの仲間のなかでこのように位置づけられるとのことです（真ん中の青いフォントの部分）。ちなみに、伝書鳩など街で日常的に見かけるのは、カワラバト（Columba livia）です。モーリシャスでは、Columbaに近い体高約15インチの草食のモモイロハト（Nesoenas Mayeri）が、生息地の悪化、病気、近親交配により絶滅の危機に瀕しており、約500羽しか残っていないといいます。

自然保護活動とゲノム編集（その１）ドードーパーク計画

全体に公開・2023/12/04

ケナガマンモスやフクロオオカミ（タスマニアタイガー）の復活に取り組んでいるColossal Biosciences（2021年設立、ダラス・フォートワース地区）とモーリシャス野生生物財団（Mauritian Wildlife Foundation）が、モーリシャスで絶滅した鳥であるドードーの復活に向けて提携したと報じられています。 2023年1月にColossalは、ドードーの復活計画を発表していますが、今回の発表は、モーリシャス野生生物財団がドードーを放つ場所を具体的に検討するということが中心になっています。つまり、ジュラシック・パークならぬ「ドードーパーク」を作る場所を決定するということです。

【日曜コラム】2023年の英単語

全体に公開・2023/12/03

Merriam-WebsterのWord of the Year 2023は、Authenticだそうです。 Word of the Year 2023の候補にもなった単語の一つネットスラングrizz（“romantic appeal or charm”）やdeepfakeも興味深いです。 authentic、rizz、deepfakeの3つの語というのは、最近の科学やサイエンスコミュニケーションの文化を考える上で、とても考えさせる要素になっていると感じます。 Authenticというと、一般的には、査読された論文によって裏付けられた内容ということになると思います。とはいっても、査読された論文も間違いは多いです。一方で、報道や一部の科学紹介サイトには、読者へのウケ狙い、エンターテイメント的な要素のある内容も多いです。そして、SNSでしばしば見られるdeepfake。堂々とハルシネーションを出す生成AIについてもそうですが、authentic、rizz、deepfakeの度合いをきちんと判断できることが、研究支援、人材育成、投資に利用するバイオ系の記事の判断に大切だと思います。

【合成生物学ナビ】プラスチック

全体に公開・2023/12/02

プラスチックは日常生活や産業に欠かせないものですが、生態系や人間の健康への影響への懸念から、日常生活でももっとも身近に感じる廃棄の問題だと思います。このような背景から、合成生物学が適用できる対象として話題となることも多いです。しかし、何が本当の問題なのか、理解していないと、役立たない研究に大きな時間を費やしてしまうと思います。 11月29日のNature Microbiology誌に、韓国のKAISTのグループによる「Sustainable production and degradation of plastics using microbes（微生物によるプラスチックの持続可能な生産と分解）」という総説が発表されています。この総説を担当しているのは、Sang Yup Lee（이상엽）博士のグループです。Sang Yup Lee博士は、米国科学アカデミー会員、The Korean Society for Biotechnology and Bioengineering（KSBB）の会長であり、韓国を代表する科学研究機関の一つであるKAISTの運営にも関わってきた科学者の一人です。バイオプラスチックの生産と生分解性プラスチックについて網羅的に説明されていますので読んでみました。

大型犬の寿命を延ばす薬

全体に公開・2023/12/01

大型犬は小型犬よりも寿命が短いということが一般的に言われています。グレートデーンのような大型犬の平均寿命は7〜10年ですが、チワワのような小型犬は14〜16年生きます。したがって、大型犬を飼うと、飼い主との別れは早く訪れることになります。通常、哺乳類はサイズが大きいほど、その寿命は長くなります。マウス

2023-11-30

バックナンバー2023年11月

バックナンバー合成生物学は新たな産業革命の鍵となるか？

携帯シーケンサーによるマラリアの監視

全体に公開・2023/11/30

世界3大感染症（マラリア、HIV、結核）の中でも最も多い世界のマラリア患者数は年間2億4,700万人（2021年）と推定され、毎年60万人以上の死亡者をだしています。そのほとんどは、アフリカのサハラ以南の幼い子供たちです。特に、マラリア原虫が抗マラリア薬などの医療介入に対する耐性を急速に進化させている現状が問題になっています。ゲノムの監視 (寄生虫DNAの変化を継続的に監視) は、寄生虫の薬剤耐性の背景の理解に極めて重要です。これまで、このような監視は、マラリアが流行していない先進国の研究所で行われてきました。11月23日のNature Microbiology誌に、英国のサンガー研究所、アフリカのガーナ大学のチームが、現地のポケットサイズのDNA シーケンサーを用いて、ガーナのマラリア薬剤耐性をリアルタイムで追跡できることを報告しています[1]。

フォーチュン誌AIイノベーター50にみる合成生物学

全体に公開・2023/11/29

先週発表されたFortune誌の人工知能イノベーター50のなかには、Google DeepMindのような合成生物学関連で選ばれて納得という企業もあれば、AbsciやDeepcellといった一般的には馴染みの薄い企業も含まれています。今回は、Deepcellというスタートアップについて紹介してみたいと思います。 Deepcellは、2017年、カリフォルニア州サンフランシスコ・ベイエリアのメンローパークに設立された会社です。立地からも想像できるように、スタンフォード大学系のスタートアップで、創設者は、Euan Ashley、 Maddison Mahdokht Masaeli、Mahyar Salekという医学系の病理学者、細胞工学者、データサイエンティストです。単一細胞の次元形態解析のためのソフトウェアを提供しています。また、トランスレーショナルリサーチ、診断検査、治療薬に使用するために、形態にもとづいて生存可能な細胞を同定・分離する、AIを活用したイメージングとマイクロ流体工学のプラットフォームも提供しています。その内容を詳しく説明しているYouTube動画をいくつか公開しています。

タンパク質配列データベースからCRISPRを掘り出す

全体に公開・2023/11/28

生物が持つ生化学はきわめて多様であり、その膨大な配列データから意味ある配列を探し出すことは、合成生物学の発展のために重要です。ブロード研究所のFeng Zhangのチームが、FLSHclustと名付けたアルゴリズムを開発し、炭鉱、ビール醸造所、南極の湖、犬の唾液などで見つかるさまざまな細菌からのデータを含む公開データベースをマイニングしました。その結果、80億のタンパク質と1,020 万のCRISPRアレイを含む 8.8 テラbpのメタゲノムデータベースの中から核酸編集技術であるCRISPRに関連すると考えられる188程度の新しいシステムを発見し、11月23日発行のScience誌で報告しています[1]。 Altae-Tran H. (2023) Uncovering the functional diversity of rare CRISPR-Cas systems with deep terascale clustering. Science. 382:eadi1910. doi: 10.1126/science.adi1910. 一般的に使用されているアルゴリズムによるアプローチは、数十億のタンパク質を含む指数関数的に増加するデータセットのマイニングには非現実的になってきています。この課題に対処するために、この論文では、配列類似性によってタンパク質をクラスタリングするアルゴリズムであるFLSHclust（fast locality-sensitive hashing-based clustering）を開発しました。このアルゴリズムは、これまでの方法とは異なり、膨大なタンパク質配列データベースを迅速かつ効率的に分析できます。

【合成生物学ナビ】人工知能（その４）

全体に公開・2023/11/27

Synbiobetaにでていた「How AI Is Transforming Synthetic Biology: Reaching Far Beyond Biopharma（AI が合成生物学をどのように変革するか: バイオ医薬品のはるか先へ）」という記事に学ぶ人工知能（その４）です。ワークフローの最適化 Machine Learning Operations (MLOps) は、機器のメンテナンスのニーズ、消耗品の使用、品質管理の合理化の予測など、パフォーマンスの最適化を行います。 Elemental Machines スマートセンサーを使用してデータ収集し、パフォーマンスに影響を与える可能性のある要因を特定し、それらの変動を制御。

【日曜コラム】サム・アルトマンと合成生物学、次世代型生成AI

全体に公開・2023/11/25

生成AIで人類の脅威となるような生物兵器が製造されるリスクというのは、生成AIの安全性を議論するとき、しばしば語られる例となっています。今週のサム・アルトマン解任騒動でも、こういうことに対する認識をめぐる確執というのが指摘されています。 📌サム・アルトマンと合成生物学ところで、サム・アルトマン氏も合成生物学に高い関心を持っています。彼は、核エネルギーと合成生物学を学んだ、学んでいると、あちこちで語っています。また、合成生物学への投資にも熱心であるようです。 He learned about nuclear engineering, synthetic biology, investing and AI.（彼は原子力工学、合成生物学、投資、AIについて学んだ。） I think that synthetic biology should be a revolution in terms of how a lot of things get made at massive scale.（合成生物学は、様々なものが大規模に作られるという点で、革命になるはずだと思う。） 📌Q StarとGeminiが合成生物学を変える？ OpenAIが進めるQ*（キュー・スター）というAGI（汎用人工知能）を目指すプロジェクト。その数学的なブレイクスルーが、人類に脅威を与えるとして、今回のアルトマン解任騒動のきっかけになったともされています。

【合成生物学ナビ】人工知能（その３）

全体に公開・2023/11/25

Synbiobetaにでていた「How AI Is Transforming Synthetic Biology: Reaching Far Beyond Biopharma（AI が合成生物学をどのように変革するか: バイオ医薬品のはるか先へ）」という記事に学ぶ人工知能（その３）です。 📌Protein Evolution, Inc. プラスチックや繊維廃棄物を分解するAI に最適化された酵素を作成。Protein Evolutionは、2021年、コネチカット州ニューヘイブンにできた企業で、持続可能な循環型プラスチックを対象としています。

【合成生物学ナビ】人工知能（その２）

全体に公開・2023/11/24

Synbiobetaにでていた「How AI Is Transforming Synthetic Biology: Reaching Far Beyond Biopharma（AI が合成生物学をどのように変革するか: バイオ医薬品のはるか先へ）」という記事に学ぶ人工知能（その２）です。その１はこちらです。 📌Ginkgo 合成生物学関係では説明不要のGinkgoです。Google Cloud と提携して、予測機能を備えた生物学工学用の基礎的な進化スケールモデルを開発。

【合成生物学ナビ】人工知能（その１）

全体に公開・2023/11/23

バイオテクノロジーにおけるAIの応用可能性の数は事実上無限です。「How AI Is Transforming Synthetic Biology: Reaching Far Beyond Biopharma（AI が合成生物学をどのように変革するか: バイオ医薬品のはるか先へ）」という記事が、synbiobetaにでていましたので、この記事からリンクされているサイトを紹介することで、人工知能を使った合成生物学での最近の状況を、4回に分けて考えてみたいと思います。

バンドパスフィルターの合成生物学

全体に公開・2023/11/22

バンドパスフィルタ（Band-pass filter）は、特定の波長の物理現象を抽出するフィルターです。つまり、光や電波などの必要な波長のみを通し、他の波長は通さないようにします。カメラや蛍光顕微鏡を使う方なら、このようなフィルターに馴染みがあると思います。生物学では、ある濃度の薬を入れた時、ONになったり、OFFになったりする仕組みはどこでも見られますが、ある特定の濃度範囲のみで動くバンドパスフィルタのような仕掛けというのもあります。例えば、生物発生の過程でモルフォゲンの勾配を感じるメカニズムです。しかし、合成生物学の設計にうまく使えるバンドパスフィルタというのはほとんどなく、これまで報告されてきているのは「転写」を基本にしたものです。 11月13日、スイス・ローザンヌのSwiss Institute of Bioinformaticsのチームが、細胞表面、細胞外で起こる相互作用を基本にしたタンパク質バンドパスフィルタのシステムを報告しています[1]。

猫のコミュニケーションと細菌

全体に公開・2023/11/21

多くの動物は化学物質を用いてコミュニケーションをとっています。これらの化学物質には、糞、尿、唾液、腺分泌物に含まれる揮発性の有機化合物（VOC）があります。親族の認識、縄張り防衛、繁殖の宣伝に役立つほか、捕食者の阻止や寄生虫の蔓延を軽減することさえあります。特に腺分泌物は、個体識別、年齢、性別、生殖状態、社会的地位、社会集団に関する情報を持っています。哺乳類は、VOCを結合または合成できるタンパク質を持っています。しかし、実際には揮発性物質のほとんどは、臭腺に存在する細菌によって産生されていると考えられているようです。哺乳類の臭気の主な成分は、アルデヒド、アミド、アルカン、アルコール、炭化水素、脂肪酸、エステル、ケトン、フェノール、スクアレン、ステロイドです。細菌に関しては、飼いイヌの肛門腺には、主にEnterococcus、Bacteroides、Proteusが含まれています。ジャイアントパンダの肛門生殖腺には、Corynebacterium、Pseudomonas、Porphyromonas、Psychrobacter、Anaerococcusが見られます。飼いネコの肛門腺の主な臭気化合物は、酢酸、プロパン酸、2-メチルプロパン酸、ブタン酸、3-メチルブタン酸、ペンタン酸などの短鎖遊離脂肪酸です。これらはヒトの鼻ではほとんど感知されませんが、ネコの行動や社会生活において重要です。ネコは縄張りをマークし、仲間を引き付け、ライバルを撃退します。カリフォルニア大学デービス校のチームが、DNA配列決定、質量分析、微生物培養を利用することで、飼いネコの肛門腺分泌物のVOCとそれを作る微生物を調べ、11月8日に報告しています。

電気ウイルスの合成生物学

全体に公開・2023/11/20

生命体の電気は、神経系から「電気細菌」まで様々なところに見られます。 The Scientist誌に、この9月に発表された電気を作るウイルスについての論文の紹介がでていましたので、読んでみました。これは、この9月、カリフォルニア大学バークリー校のチームが、Advanced Materials誌に発表した研究です。生物工学的に作られたウイルスが熱にさらされると、焦電気（Pyroelectricity）が見られたというものです。このウイルスの研究を更に進めることで、生物電気をより深く理解し、新しい生体材料の開発につながるとしています。

【日曜コラム】論文紹介の新時代

全体に公開・2023/11/19

NatureやeLifeなど、読者レベル別の要約というのを掲載している科学雑誌があるのですが、プレプリントサーバbioRxivで生成AIを利用して、レベル別要約を作成するという試みが始まっています。アウトリーチ、サイエンスコミュニケーション、キュレーションを含めた研究成果の新しい情報源になっていくかもしれません。「科学的知識のない人向け」「著者と異なる分野の科学者向け」「著者と同等の専門知識を持つ科学者向け」の3種類この話題、Nature誌でも取り上げられていました。既にarXivでは実施されているようですが、ScienceCast を使って対話による質問受け答えをすることも始まっているようです。こういう対話型で論文の説明をしてくれるようなサービスができると、報道やサイエンスコミュニケータのあり方にも影響がでてきそうです。

ブレグジットとゲノム編集治療

全体に公開・2023/11/18

11月15日、英国の医薬品規制当局であるMedicines and Healthcare products Regulatory Agency (MHRA) は世界で初めて、CRISPR-Cas9遺伝子編集ツールを治療法として使用する治療法を承認しました。 CRISPR-Cas9を使った治療法としては世界で初めて承認されたものになります。 Vertex Pharmaceuticals (Europe) Ltdが申請していた「Casgevy」と呼ばれるこの治療法は、鎌状赤血球症やβサラセミアなどの血液疾患を治療するものです。実は、このゲノム編集治療については、既に、「鎌状赤血球症のゲノム編集治療（11月1日）」で、Exagamglogene autotemcel (Exa-cel)と呼ばれる一般的な方法として詳しく紹介しています。

新しい抗真菌分子

全体に公開・2023/11/18

真菌はカビ、キノコ、酵母などの真核生物です。一部の真菌によって引き起こされる真菌感染症は公衆衛生上の課題となっています。真菌感染症の治療に使用される薬剤の一つにAmphotericin B （アムホテリシンB）があります。アムホテリシンBは真菌を殺すことに優れているので、動物細胞の培養を行った経験のある方でしたらファンギゾンとして利用したこともあると思います。しかし、患者の真菌感染症の治療のためには、特に腎臓に対して毒性が高いため、最後の手段になっているのが現状です。この抗真菌薬が働くメカニズムについては、従来はアムホテリシンBがイオンチャンネル構造を作るといったモデルがありました。しかしながら、最近は、自己組織化したアムホテリシンBスポンジが形成されることで、細胞からステロールを迅速に抽出することで真菌を殺すというモデルが支持されているようです。

悪玉コレステロールを下げる塩基エディター

全体に公開・2023/11/17

今週は、Verve Therapeutics (NASDAQ: VERV)が、フィラデルフィアで開催された米国心臓協会で、英国とニュージーランドで実施された第1b相試験の中間結果である調査結果を報告したところ、株の売りが殺到し、株価が40％近く急落したことが話題になっています。 Verve Therapeuticsは、2018年、ボストンで設立された企業で、心血管疾患治療への新たなアプローチ、つまりゲノム編集医薬品を開発しています。心血管疾患治療、ヒト遺伝学、遺伝子編集、デリバリー技術、医薬品開発、商業化の各分野に精通した専門家を集めています。この会社が利用しているCRISPR-Cas9機構を用いた塩基エディターは、従来のゲノム編集アプローチのようにDNAの2本鎖を破壊することなく、遺伝子を非常に正確に「編集」します (単一ヌクレオチド塩基を化学的に変更します)。この塩基エディターの技術は、2018年に、ハーバード大学のDavid Liuのチームによって開発されたものです。 Verve Therapeuticsが実施しているのは、この塩基編集に関わるRNAを脂質ナノ粒子（LNP）に入れて、肝臓の細胞に取り込ませ、肝細胞がPCSK9タンパク質を作らなくするというアプローチです。これは、新型コロナワクチンでも利用されているLNP、RNAを使った方法と類似したものです。MIT Technology Review誌の2023年の10のブレイクスルー技術の一つとしても紹介されています。

プロテオフォームの自動イメージング

全体に公開・2023/11/16

プロテオフォーム（Proteoform）とは、ゲノムの指令を受けて作られるタンパク質の異なる形態のことで、様々な配列変異、スプライスアイソフォーム、翻訳後修飾（糖鎖、リン酸化など）を考慮したものです。このようなタンパク質の複雑性をもたらす原因は400以上あるとも言われています。特定のプロテオフォームは特定の生物学的な機能と関係しているため、プロテオフォームレベルでのタンパク質の解析は、生物学的プロセスの完全な理解のために非常に重要です。現在、ヒト組織内のタンパク質を画像化するためにいくつかの技術が使用されていますが、プロテオフォームを画像化できる技術はほとんどありません。 2022年、シカゴのノースウェスタン大学のチームが、ナノスプレー脱離エレクトロスプレーイオン化とイオン質量分析を使用したイオン検出を組み合わせることにより、80μm未満の空間分解能でプロテオフォームの組織局在を明らかにするPiMS（proteoform imaging mass spectrometry、プロテオフォームイメージング質量分析法）という技術を発表しました。

月の土をバクテリアで改良する

全体に公開・2023/11/15

月を天然資源の開発や宇宙探査の拠点にするために、常設の有人月面ステーションを建設することには現実性があります。そして、地球から離れた月面や火星上のステーションという閉鎖された場所で、水や空気を確保し、食料を生産できるようになることは重要です。食料となる植物の栽培には、水耕栽培システムまたは地球土壌が必要となります。しかし、地球の土を月まで輸送するには多大な費用が必要となります。そこで、植物の栽培のために、月面にある細かい粒状風化物、つまり月のレゴリスを利用するというアイデアがあります。月のレゴリスにおける植物の成長に必要な元素の組成は、地球の土壌の組成とよく似ていることが示されています。しかしながら、月のレゴリスには有機物が含まれないほか、ほとんどの元素が植物に吸収されにくい不溶性の形になっています。中国農業大学のチームが、11月9日付けのCommunications Biology誌に模擬月レゴリスとして用いた火山由来の物質に、3種類の細菌を添加すると、植物が利用できるリン酸塩の量が増加することを発表しました[1]。

【日曜コラム】論文の読み方、ニューヨークのバイオが熱い？

全体に公開・2023/11/12

今週は、ニューヨーク大学の研究者を中心とした国際的な合成酵母プロジェクトSc2.0の話題がニュースになっていました。これらの論文のほとんどは1年ほど前からbioRxiv（プレプリントサーバ）に掲載されていましたので、「正式発表」されたというのが本当のところです。一般メディアの最新科学ニュースは、実はずいぶん昔のことなんていうことがますます増えています。一般メディアはプレプリントサーバでの発表は通常報道しないので仕方ないですが、どのタイミングで記事にするのか、難しい時代になりつつあります。研究している人の立場からすると、論文原稿が完成して投稿した時点で、過去の仕事になってしまっているので、「正式発表」された研究というのはあまりに時間が経過していて忘れかけているなんていうこともあるものです。発表した研究者にとっては昔の研究が、ホットな最新ニュースとして報道されるのですから奇妙な感じがします。一般に、このような大きなプロジェクトというのは、論文発表の時期もかなりコントロールされていることが多いです（例えば、研究費グラントの切り替えの時期などです）。

眼球まるごとの移植手術

全体に公開・2023/11/11

ニューヨーク大学の傘下にある NYU Langone Healthで、この5月末に顔などに電気火傷を負った46歳の男性に顔の一部と眼球全体を移植する手術が行われたと発表されています。以下の記事からのまとめです。目の移植から視機能の回復は、カエルのような下等な動物では視神経が再生することから容易に行うことができますし、マウスなどの哺乳類でもある程度は可能です。

合成酵母プロジェクトのプログレスレポート

全体に公開・2023/11/10

1週間前に、「大規模な哺乳類ゲノム書き換え技術」という記事でマウスES細胞のゲノムを書き換えるmSwAP-Inという技術を紹介しました。この研究を発表したのは、ニューヨーク大学のJef Boeke博士を中心としたチームでした。同じJef Boeke博士が率いてきた国際研究チームが、今度は真核生物である出芽酵母Saccharomyces cerevisiaeの染色体を人工合成する合成酵母プロジェクトSc2.0の最新の結果をCell誌、Molecular Cell誌、および Cell Genomics誌に10件の論文として11月8日に正式発表（bioRxivに掲載済）しています。酵母は、さまざまな化学物質をより効率的、経済的、持続的に生産できるようにするバイオテクの主力です。バイオ燃料、医薬品、味、香りの製造に加え、パン製造やビール醸造などの発酵でもよく使用されます。酵母のゲノムをゼロから書き換えることができれば、より強力で、より速く機能し、過酷な条件に対する耐性が高く、目的とする物質の収量が高い合成酵母を作り出すことができるかもしれません。ゲノムがどのように組織され進化するかなど、従来問題となっていたゲノムの基礎科学にも重要です。合成酵母プロジェクトSc2.0の背景は、こちらの2017年の記事が詳しいです（ちなみに、この記事ではBoeke博士が、ベイキーと書かれています）。このコンソーシアムは、米国、英国、中国を中心とする世界中の250人以上の研究者による15年間の研究を経て、酵母の16染色体すべての合成バージョンを構築するという目標に近づきつつあります。今回は、8つの新しい合成酵母染色体を構築し（50%を超える合成DNAを含むゲノム）、また付属品として「tRNAネオ染色体」を作りました。研究チームはすでに16本のうち残り2本の染色体も組み立てており、最後の結果は今年の終わりまでに発表される予定とのことです。

生成AIと生命科学の融合：バイオセキュリティ

全体に公開・2023/11/09

「人類を滅亡させるようなウイルスの核酸配列をデザインせよ」といった質問に生成AIが回答できるようになる可能性はないのでしょうか？核・生物・化学兵器の脅威削減を目的に活動し、ワシントンDCに拠点を置く慈善団体「核脅威イニシアティブ　Nuclear Threat Initiative（NTI)」が、2023年春、「新型DNA合成装置と生成系AI」について懸念する報告書を発表したことは以前紹介しました。この10月30日、NTIが、「The Convergence of Artificial Intelligence and the Life Sciences　人工知能と生命科学の融合」という報告書を発表しています。テクノロジーの保護、ガバナンスの再考、大惨事の防止を主張する全文は、こちらのページから無料でダウンロードできます。

生成AIと生命科学の融合：細胞・組織・マルチモーダル生成AI

全体に公開・2023/11/08

また、「AI が大流行している」話題になってしまいますが、今回と次回で2つの関連記事を紹介したいと思います。 11月2日付けで、ブロード研究所（MITとハーバード大学の共同研究所）のウェッブサイトに「 Q&A: How generative AI could help accelerate biomedical research　生成AIが生物医学研究の加速にどのように役立つか」という記事が掲載されています。そのサブタイトルは、「機械学習とAIの専門家が、生成AIを電子メールやコンピューターコードの作成だけでなく、生物学的データの分析にどのように使用できるかについて説明します」というものです。インタビューに答えているのは、 Mehrtash Babadi博士。同研究所の科学者であり、計算手法のディレクター、データサイエンス・プラットフォームの機械学習とAIの専門家ということです。

オンドリは自分がわかる

全体に公開・2023/11/07

「意識」や「心」も合成生物学の対象です。論争の余地はあると思いますが、ヒト以外の動物に「心」があるかどうかがわかる有名な試験として、「鏡に映った像を自分と認識するか」を調べるミラーテストがあります。類人猿、アジアゾウ、イルカといった賢そうな哺乳類に加え、鳥類ではカササギ、魚類ではホンソメワケベラがミラーテストに合格したということになっています。一方、同じ鳥でもニワトリは古典的なミラーテストには合格しないようです。

iGEMで高校生チームJapan Unitedがグランドプライズ

全体に公開・2023/11/06

iGEM（アイジェム）は、The International Genetically Engineered Machine competitionとして、毎年秋に開催され、学生（大学生、大学院生、高校生）が参加する世界最大の合成生物学の大会です。 iGEMでは、各チームが合成生物学を駆使して、新しい生物機能を創り出すプロジェクトを発表します。テーマは自由で、環境問題の解決や医療の進歩に役立つものから、アートに関するものまで、多岐にわたります。その目的は、合成生物学の教育と普及、そして合成生物学による社会課題の解決です。iGEMに参加することで、学生たちは合成生物学の基礎知識や技術を学び、社会に貢献するプロジェクトを実現する経験を積むことができます。

【日曜コラム】レッドオーシャン

全体に公開・2023/11/05

先週のSynbiobetaに「Are American Pharmas Falling Behind on AI?（米国の製薬はAIで遅れているのか？）」というコラムが掲載されていました。 AI が大流行しています。「AI が大流行している」という文で記事を始めることさえ、それ自体が一種の決まり文句になっています。しかし、その誇大広告の下には、次世代の治療法を導き、より効果的な解決策をより迅速に患者にもたらすことができる重要な基盤技術が存在します。このコラムで紹介されているこういう分析をみて、日本の皆さまはどう感じるでしょうか？日本はもはやプレーヤーでさえない、と感じるか。いやいや、分析が間違っているのであって、そんなことはないと感じるか、でしょうか。

キャリア形成での分野の切り換え

全体に公開・2023/11/04

合成生物学は、新興分野で学際的な分野ですので、全く別の分野から参入というキャリアの人材が多い分野です。一般論として、科学研究やイノベーションにおいて、そういうπ型（パイ型）人材の存在が極めて重要になってくるわけです。例えば、大学から大学院、大学院からポスドクといったキャリアの選択において、分野の切り換えを行うことが積極的に評価されなければいけません。日本において、合成生物学のような学際的な分野が盛んになりにくいのは、このようなπ型人材が生きにくい場所になっていることに大きな要因があると言っても過言ではないと思います。新しいNature誌に、「研究分野をうまく切り替えるには（How to switch research fields successfully）」という文章がでています。まず、こういうπ型人材が本当に重要なのか、ということをこの論文を引用して説明しています。 Sun, Y. et al. (2021) Interdisciplinary researchers attain better long-term funding performance. Commun Phys 4, 263. https://doi.org/10.1038/s42005-021-00769-z 学際的な研究は世界的に増加しています。しかし、いくつかの研究では、より専門的な研究に比べて効果が低いことが多く、資金を集める可能性が低いことが示されています。ここでは、英国の研究評議会から授与された 44,419 件の研究助成金を分析することにより、そのような証拠を照合しようとします。学際的な資金提供の実績を持つ研究者は、中心性と知識仲介の両方の点で学術共同研究のネットワークを支配しているが、そのような競争上の優位性がすぐに利益につながるわけではないことがわかりました。マッチドペア分析に基づく我々の結果は、学際的な研究者が短期的には自分の出版物で達成する影響力が低いことを示しています。しかし、最終的には資金調達パフォーマンスにおいて、量と金額の両方の点で専門に特化した相手を上回ります。これらの調査結果は、学際的なキャリアを追求するには余分な課題を克服する忍耐力が必要かもしれないが、より成功する努力への道を切り開くことができることを示唆しています。分野を変えるとどのような不利な点や問題があるのでしょうか。

大規模な哺乳類ゲノム書き換え技術

全体に公開・2023/11/03

ゲノム合成は、マイコプラズマ、大腸菌などの原核生物や、出芽酵母などの真核生物で実行されています。しかし、哺乳類のゲノム合成は、ゲノムのサイズと複雑さゆえに、まだ実現されていません。例えば、マウスのゲノムをヒト化することを考えた場合、ヒトにはあってマウスにない遺伝子も存在し、遺伝子発現を制御するノンコーディング領域、更に遺伝子発現などに微妙な影響を与える塩基レベルの違いもあります。また、ゾウのゲノムをマンモスのゲノムに書き換えるといった場合にも、このような技術が必要になります。染色体のDNAを小さく張り換える、塩基レベルで変換するという小技ではなく、ある大きな領域をそっくり置き換えるような技術の開発は重要です。大きなDNA (100kb以上) アセンブリの技術とCreなどの部位特異的リコンビナーゼの使用の組み合わせは、哺乳動物ゲノムの大規模な操作に有効な方法です。しかし、このような大きなDNAフラグメントのこれまでの方法では、つなぎ目などに痕跡のような配列が残ることが問題です。また、巨大なDNAをクローニングするYAC、BACベクターなどを使って、大きなDNAを精製後、単に組み込んだ場合、その挿入部位が予測できず、位置効果の影響を受けるため、本来の遺伝子の発現パターンが再現されないこともしばしばです。つまり、つなぎ目の痕跡も残さず、染色体上の狙った場所を広範囲にわたって操作するようなゲノム工学技術の開発が必要になっています。例えば、その一つの方法が、Big-INというものです。

鎌状赤血球症のゲノム編集治療

全体に公開・2023/11/01

10月31日、米国FDAが鎌状赤血球症に対するゲノム編集を使った治療法の認可に向けて、外部アドバイザーらの会合が開催されました。 FDAのアドバイザーらは鎌状赤血球症の遺伝子編集治療に障害はないとみている（NPRによる報道） https://www.npr.org/sections/health-shots/2023/10/31/1208041252/a-

2023-11-03

バックナンバー2023年10月

バックナンバー合成生物学は新たな産業革命の鍵となるか？

耳なしドラゴンを救う

全体に公開・2023/10/31

絶滅したフクロオオカミ（タスマニアンタイガー）、ケナガマンモス、ドードーを蘇らせようとしている米国のバイオテクノロジー「De-extinction」企業であるColossal Biosciencesは、George ChurchとBen Lammによって2021年設立された企業です。今度は、オーストラリアのVictorian Grassland Earless Dragon（Tympanocryptis pinguicolla）を救うプロジェクトを支援するそうです。テキサスに本拠を置くColossal Biosciencesは、以前からマンモスの復活に取り組んできましたが、2022年、タスマニアンタイガーとしても知られる有袋類のフクロオオカミを復活させるための数百万ドル規模の入札でメルボルン大学と提携したと発表しました。今年になって、絶滅した鳥ドードーの復活に挑戦することも発表しています。このたび発表したのは、より現実的な絶滅の危機に瀕しているVictorian Grassland Earless Dragon（Tympanocryptis pinguicolla）の対策です。

共生細菌ウォルバキアによるデング熱のコントロール

全体に公開・2023/10/30

蚊は、人間と動物の両方に影響を与える広範囲の有害なウイルス性疾患（デング熱、チクングニア熱、西ナイル熱など）や寄生虫性疾患（マラリア、リンパ系フィラリア症）のベクター（媒介生物）です。南米コロンビアでウイルスの伝播を防ぐ共生細菌ウォルバキア（Wolbachia）を持つ蚊を放出したことで、デング熱の発生率が低下したことをNature誌が報告しています。10月22日にシカゴで開催された米国熱帯医学衛生学会の総会でこの結果が発表されたということです。まだ予備的な報告で、その解釈には注意を要するものの、今後の展開が注目されます。

【日曜コラム】オープンアクセスへの異論

全体に公開・2023/10/29

現代の社会をより良くするためのキーワードとなっている「Equity エクイティ」と「Equitable エクイタブル」。つまり、どんな立場にある人でも同じように扱われなくてはいけないということですが、「Equality 平等」と違うのは、不利な立場にある人は、積極的にその不利さを克服できるように扱われなくてはいけないということです。誰でも同じように情報や記事に接することができるオープンアクセス運動もこの概念に沿った動きと思います。オープンアクセスについては、日本では大学などの研究機関の立場、つまり学術雑誌の寡占と価格高騰への対抗策という側面が強調されているように感じますが、多くの人がその基本方針には賛成しているものと思います。一方で、異論もあります。

人工知能創薬スタートアップ

有料購読者限定・2023/10/28

Genetic Engineering & Biotechnology News (GEN)に人工知能（AI）を使った創薬スタートアップであるBigHat Biosciencesについての紹介がありました。また、いくつかのAI創薬スタートアップについても紹介しているので、今回はそれらをまとめてみたいと思います。 https://www.genengnews.com/topics/artificial-intelligence/ai-created-monoclonal-antibodies-drive-innovation-at-bighat-biosciences/ 📌BigHat Biosciences BigHat Biosciencesは、2019年にカリフォルニア州のSFベイエリア（サンマテオ）で、スタンフォード大学のMark DePristo、Peyton Greenside、Theresa Tribbleによって作られたスタートアップです。機械学習とライフサイエンスのウェットラボを統合したプラットフォームMilliner™を構築し、それを利用してより優れた抗体をより迅速に開発、製造することを目標としています。つまり、DNA合成から無細胞タンパク質合成まで、プラットフォーム全体で合成生物学を利用しています。同社では、現在、毎週約800個の分子を設計、作成、テストしているとのこと。今後数年間でさらに数倍の生産能力を目指すそうです。どのようなものを作ろうとしているのか、詳しくは、GENの記事を見るとわかりますが、BiTE （2重特異性 T 細胞エンゲージャー)、BsAb（2重特異性抗体）、scFv（単鎖可変フラグメント）、重鎖可変ドメイン (VHH、sdAbs、またはナノボディ )、およびさまざまな用途向けの抗体薬物複合体 (Antibody-drug conjugate、ADC) を作るということです。

アスパラガスで再生医療

全体に公開・2023/10/27

アスパラガスで再生医療といっても、アスパラガスを食べるということではありません。植物由来の生体材料が、生物医学用途にとってますます魅力的になってきています。その理由の一部は、動物由来のものと比較してコスト、拡張性、免疫原性の低さにあると考えられています。長いひものような神経線維（神経細胞の軸索）は束になっており、損傷した場合、その再生には、さまざまな化学的および物理的な手がかりを必要とします。例えば、エノキタケ（Flammulina velutipes）の繊維が、坐骨神経欠損のラットモデルにおける神経線維が伸びるのに利用できることが示されています。一方、神経幹細胞を使った治療は、脳卒中、外傷性脳損傷、脊髄損傷などに対する再生医療に広く利用されつつあります。最近、カナダのオタワ大学のチームが、アスパラガスの茎由来の直線状に配置された繊維を使うと、神経幹細胞の分化に効果的であることをプレプリントサーバbioRxivに掲示しています。

クレイグ・ヴェンターの探検

全体に公開・2023/10/26

J. Craig Ventorというと、国際的ビッグサイエンスプロジェクトであったヒトゲノムプロジェクトと競争したCelera社でのヒトゲノム研究、更には最小のゲノムを持つ人工細胞作りなど、合成生物学関係で最も有名な研究者の一人でしょう。地球上の全生命の遺伝コードを解読すると宣言したことでも知られています。その興味深い人生は、彼の自伝「ヒトゲノムを解読した男」でも話題になりました。そして、微生物からDNAを収集する旅が始まったわけです（2003年からパイロットテスト）。

細胞アトラスとLLM

全体に公開・2023/10/25

シングルセルRNAシーケンシングの勃興をきっかけとした細胞アトラス作りの最近の動向については、このトピックでもこれまで取り上げてきました。 2週間ほど前に発表された脳の細胞アトラスの話題については、一般的な記事もでてきています。そんななか、Human Cell Atlasプロジェクトを積極的に支援してきたChan & Zuckerberg Initiative (以下、CZI）について、興味深いインタビューを見かけました。米国で最も人気のある科学系ポッドキャストの一つHuberman Lab Podcastの最新のインタビューです。 CZIは、facebook, MetaのMark Zuckerbergとその配偶者、小児科医であるPriscilla Chanが2015年に始めた慈善事業です。

DNAからできたナノエンジン

全体に公開・2023/10/24

サイズが、70 nm × 70 nm × 12 nmの「DNA折り紙ナノエンジン」が開発されました。米国のアリゾナ州立大学とドイツのボン大学のチームによる10月19日にNature Nanotechnologyに発表された研究です[1]。エンジンのように同じ動きを繰り返し、それを連結したパーツに伝えることができる装置です。 Centola, M. et al. (2023) A rhythmically pulsing leaf-spring DNA-origami nanoengine that drives a passive follower. Nat. Nanotechnol. https://doi.org/10.1038/s41565-023-01516-x

力で発光する柔らかく生きた素材

全体に公開・2023/10/23

米国カリフォルニア州サンディエゴの海岸で赤潮が発生した時、観察された生物発光波にインスピレーションを得たという、生きた生物を利用した機械的刺激で発光する柔らかい素材についてのカリフォルニア大学サンディエゴ校のチームによる研究が、10月20日付けのScience Advances誌に発表されました[1]。バイオハイブリッドセンサー、治療や薬物放出を行うロボット工学の新しい可能性として注目されます。 Li, C. et al. (2023) Ultrasensitive and robust mechanoluminescent living composites. Sci Adv. 9:eadi8643. doi: 10.1126/sciadv.adi8643

【日曜コラム】ちょっとした調べ物欲求

全体に公開・2023/10/22

学術論文のビジネスモデルというのは、一般社会ではあまり理解されてこなかった現状があると思います。一般メディアでも、記者の不十分な理解に基づく記事や取材を多く見かけます。これも学術論文を実際に読んだり、発表した経験がないと、なかなかその現状を理解できないためかもしれません。有識者を自称している研究者でも、学術論文の発表について全体像を理解している人は多くありません。大規模な図書館を持っている総合大学に在籍して、インパクトファクターの高い学術誌に発表することばかり考えている研究者には、そうでない立場を理解しにくいということになるのです。まさに、研究者や一般社会のEquityというものを考慮する必要があるということです。

DNAを使ったキャンバス

全体に公開・2023/10/21

ふだん使っているカラーディスプレイは、赤、緑、青（RGB）の3種類の「各チャンネルでの光」の放出と、それぞれの「強度」を組み合わせることで、それぞれの「位置」で機能しています。ここで、光の強度の変化、つまり色合いは、LEDやOLED（有機EL）の電流の関数となっています。つまり、絵を描けるキャンバスを作るには、色、強度、位置の3つが表現できることが必須です。「色」の異なる蛍光色素は、シーケンシングやハイブリダイゼーションなど核酸の化学的および生化学的検出に広く用いられています。 DNAマイクロアレイは、固体表面に付着させた数多くの異なる核酸配列の集まりです。スポットされたか、その場で合成されたかにかかわらず、マイクロアレイの本質は、固有のDNAの「位置」を正確に割り当てることです。遺伝子発現レベルなどを調べるマイクロアレイでは、相補鎖へのDNAハイブリダイゼーションを用いて蛍光シグナルの検出を行います。ここでの、蛍光シグナルの「強度」は2本鎖の熱安定性の関数となります。したがって、核酸の配列を調整することで、強度をグラデーションとして表現することができるはずです。 10月3日に、オーストリアのウィーン大学の研究者らが、この強度のグラデーションを調整する方法を開発し、1,600万色のいずれかを生成できるDNAキャンバスの作成に成功したという報告をJACSに発表しました[1]。これは、これまでの256色の制限を超えた成果です。

ワイン造りと合成生物学

全体に公開・2023/10/20

実りの秋、食欲の秋、芸術の秋。秋はワインが似合う季節かもしれません。 Synbiobetaに、「Breaking Tradition: Could Synthetic Biology Shape the Future of Winemaking?」（伝統の打破: 合成生物学はワイン造りの未来を形作ることができるか?）という記事がでていましたので、読んでみました。世界最古のバイオテクノロジー、遺伝子組換えワイン酵母、気候変動、新しいブドウ品種、バイオデザインワイン、合成ワイン、GMワイン、消費者の受け入れ、といった言葉から、ワイン造りに合成生物学が大きく関与するだろう未来を感じることができました。マロラクティック発酵、ヴィンテージといったワイン造りの背景については、Wikipediaを参照しておくとよいかもしれません。 ①遺伝子組み換えワイン酵母最初に市販されている遺伝子組み換えワイン酵母 ML01 は、ワイン中の乳酸菌によって生成される有害な生体アミンの形成を防ぐために 2006 年に開発されました。それ以来、人工酵母は広範囲に研究されており、風味、一貫性、保存期間を改善し、気候変動から保護するための経路や突然変異が導入されています。遺伝子組み換えワイン酵母ML01や最近のワイン酵母の研究についての参考文献 ②近年のトレンドは、アルコール度数の低減。一方で、気候変動による気温の上昇の影響がワイン造りにも。

スタートアップ成功と創業者の性格

全体に公開・2023/10/19

スタートアップは、合成生物学を使った脱炭素化やワクチン開発など、今日の最も困難な問題の多くを解決し、イノベーションの源となっています。しかしながら、生き残る可能性が低いものでもあります。スタートアップの成功には、業界、場所、経済状況など、いくつかの企業レベルの外部要因が関連していると考えられます。一方、チームの規模、過去の経験や失敗、他の創業者や投資家のネットワークとの関係など、内部要因についての関心も高まっています。創業者の「性格」（Founders’ personalities）はどうでしょうか。ニューサウスウェールズ大学などの研究チームは、世界中の21,000社以上のスタートアップの創業者の性格について調査し、最終的な成功の重要な要因であることを、10月17日付けのScientific Reports誌で発表しています[1]。 McCarthy, P.X. et al. (2023) The impact of founder personalities on startup success. Sci Rep 13, 17200. https://doi.org/10.1038/s41598-023-41980-y この研究では、まず、Twitter（現在、X）のユーザープロファイルとCrunchbaseの企業プロファイルという2つのデータセットから、個人の性格と資金調達や投資家に焦点を当てた企業（n=21187 のスタートアップ）に関する情報を集めています。ここで、例えば、若く教育水準が高いと言われるTwitterユーザーと外部から資金提供を受けている企業が多いCrunchbaseというデータセットについてバイアスがかかっていることには注意が必要です。

ブタからサルへの腎臓移植を理解する（その3）

全体に公開・2023/10/18

今回は、Ear punch derived cell(EPDC)に対して行う「3KO・7TG・RI」という遺伝子改変についてです。3KOから順に説明していきます。まず（その１）と（その２）で前提知識をご確認ください。 3KO ニューヨーク大学の研究者たちが、ゲノム編集で遺伝子改変したブタの腎臓を脳死者の体内で1ヶ月以上にわたって機能させ続けたと、この夏に発表しています。実は、ブタの心臓や腎臓を脳死者に使った短期間の試みはこれまでも行われてきていますが、拒絶反応は起きていないということです。これらの試みで使われたブタは、GalSafe™というブタで、Galactosyltransferase alpha-1,3 (GGTA1) の遺伝子1つだけを不活性化したものです。拒絶反応を抑えるには、どうもこれだけでも十分らしいです。

ブタからサルへの腎臓移植を理解する（その2）

全体に公開・2023/10/17

ブタからサルに腎臓を移植する。使うブタの腎臓はゲノム編集などで改造したものだ。こういうのを見ると簡単に聞こえてしまうのですが、この論文の抄録の文章からです。ブタのドナーは、グリカン抗原を除去し、ヒト導入遺伝子を過剰発現し、ブタの内因性レトロウイルスを不活性化するなど、69のゲノム編集を行うように操作されました。この遺伝子改変「3KO, 7TG, RI」については明日説明します。このようなブタはどのように作ったのでしょうか。ブタの筋肉や卵にDNAやゲノム編集のツールを注射したわけではないです。このようなブタをどのように作ったか、ということが今日の話題です。

ブタからサルへの腎臓移植を理解する（その１）

全体に公開・2023/10/16

先週、ゲノム編集技術CRISPR/Cas9を用いた異種移植臓器の開発を行ってきたeGenesis、マサチューセッツ総合病院（MGH）などのチームが、遺伝子を改変したブタの腎臓をサルに移植して長期間生存させることに成功したという報告が10/11日付のNature誌に掲載されたというニュースを見かけた方も多いと思います。実際のNature誌の論文はこちらです。この論文は、オープンアクセスになっているので、無料で全文が読むことができます。 Anand, R.P.et al. (2023) Design and testing of a humanized porcine donor for xenotransplantation. Nature 622, 393–401. https://doi.org/10.1038/s41586-023-06594-4 これまで、既にこの関係の報道は多く行われてきました。しかし、このような報道があったところで、ほとんど詳細を知ることなく、「遺伝子を改変したブタの腎臓をサルに移植して、長期間生存させることに成功した」という一般ニュースのヘッドライン程度の理解で終わってしまう方が多いのではないか、と思います。そこで、今週の「合成生物学は新たな産業革命の鍵となるか？」では、この論文をもう少し細かなところまで紹介することで、現在の合成生物学の現状をもう少し考えてみるということを試みてみます。

【日曜コラム】サイエンス記事の立ち位置

全体に公開・2023/10/15

この7月から開始した「合成生物学は新たな産業革命の鍵となるか？」のトピックですが、投稿記事数が100回を超えて、今回の投稿が105回目の記事になります。当初、あまり深慮せずに、なんとなく始めてしまったということもあり、書き方や内容についての「立ち位置」がなかなか定まらなかったのです。しかし、数を積むことで、少しずつ何をやろうとしているのか、ぼんやりと決まってきたという段階です。まだブレがあると思いますが、もう少しお付き合いくださればと思います。 📌啓蒙と挑発日本の小中学校の「国語」などで作文をさせる教育の問題は、読書感想文に代表されるように、誰に読ませるための文章を書くのか、指定しないことであると、よく言われます。そのために、日本人が書く文章の多くが読者を想定しておらず、伝わらない文章になっているという批判もしばしば見かけます。

人間たらしめているものを理解するための地図

全体に公開・2023/10/14

合成生物学では、作ろうとするものの形や素材を正しく知るということが、前提となるステップです。そのために、ゲノム情報など生物のことをよく知るための「地図」を作ることが重要になります。生物のなかで、不思議で複雑な場所が「ヒトの脳」であるというのは多くの人が賛同すると思います。10月13日に、ヒト脳の最大のアトラスが発表され、Science誌が、「Brain cell census」という特集を組んでいます。 https://www.science.org/toc/science/382/6667 「Science」、「Science Advances」、「Science Translational Medicine」誌に21本の論文のパッケージとなっており、精神神経疾患、認知、発達、そして他の霊長類との比較を通じて、私たちを人間たらしめているものなどの研究に役立つだろうと思われます。

ネアンデルタール人は痛みに敏感

全体に公開・2023/10/13

ホモサピエンスがネアンデルタール人と交雑し、DNAの1～4％がネアンデルタール人から受け継がれているというのは、2022年のノーベル生理学・医学賞を受賞したスバンテ・ペーボさんのグループが見つけたことです。最近の報告では、人類が、ネアンデルタール人から鼻の形に影響を与える遺伝子を受け継いでいることが示されています。更に、この10月10日に、フランスの大学の研究者を中心とする国際チームが、ネアンデルタール人がホモサピエンスより特定の種類の痛みに対してより敏感であった可能性があることを示しています[1]。

【合成生物学ナビ】生きた細菌を使う治療

全体に公開・2023/10/12

ヨーグルトを食べてお腹の調子を整える。これは多くの人がやっていることだと思います。合成生物学で作ったバクテリアを体に取り入れたり、バクテリオファージを使ってマイクロバイオームを操作することで、疾患を治療するという試みは、合成生物学の主流ともなっているアプローチとなっています。このトピックでも、たびたびこういった話題がでてきています。【合成生物学ナビ】では、合成生物学についての基本的な話題を取り上げています。新着のNature Review Bioengineeringに、合成生物学とナノメディシンを含めたバクテリアを使った治療についての総説がでています。

鳥インフルエンザに罹らない鶏を作る

全体に公開・2023/10/11

鳥インフルエンザは、養鶏業に大きな被害を与えます。野生の鳥にも被害を与えます。通常、人には感染しにくいですが、まれに感染することもありますし、変異が生じやすいため、既存のインフルエンザウイルスと遺伝子が交じり合うことで、人の間で感染が広がる新型インフルエンザが発生する可能性もあります。このようなことから、鳥インフルエンザの発生を防ぐことは極めて重要です。世界の一部の国では、鶏や鳥へのワクチン接種を進めています。しかし、鳥が無症状になる可能性はあっても、感染からは保護されない可能性があるとの懸念からワクチン接種を実施しない米国や日本のような国もあります。そして、日本は、接種した鳥とウイルス感染した鳥を区別できないとして、ワクチン接種国からの加熱されていない鳥肉や卵などの輸入を認めていません。フランスは最近、アヒルの大規模なワクチン接種を開始しましたが、日本でも輸入を停止しています。ワクチン接種しなくても、遺伝子工学を利用することで、もともとインフルエンザウイルスに感染しないようなニワトリの作製は既に試みられてきました。この10月10日、英国ロスリン研究所を中心とするチームが、ゲノム編集技術を用いることで鳥インフルエンザに罹患しにくいニワトリを作製することに成功し、将来の方向を示すコンセプトを報告しています[1]。

「光合成人間」は可能か？

全体に公開・2023/10/10

トランスヒューマニズムと呼ばれる思想があります。人類はツールを使用することで、身体的にも認知的にも人体を改造し強化し、自然状態の人体を超え、より長く生きたり、死を完全に防ぐことができるようになるという考え方です。そのなかでも、光合成ができるヒト、つまり「光合成人間」を作ることで、植物が持つ光合成プロセスを人体が何らかの方法で再現できれば、人類にとっても地球にとっても多くの利益が得られるだろうと考えられています。たまたまこんな記事を見かけました。興味深かったので、読んでみました。「光合成人間」を作ろうというアイデアは、非常にSF的です。しかし、ヒトと植物の細胞、そしてヒトと植物の遺伝学のいくつかの側面が予想以上に似ている可能性があり、それによって両方の生命形態の要素を統合するというアイデアはそれほど突拍子もないものではないとする合成生物学者がいます。

がん検査に高価な実験データを有効活用する

全体に公開・2023/10/09

グリオブラストーマ（膠芽腫、こうがしゅ）は、予後の悪い難治がんで、5年生存率は6.8%と低いです。その治療法の開発を妨げる大きな理由の1つは、がんの不均一性です。細胞には、遺伝子の変化の違い、エピジェネティックな状態の違い、および遺伝子発現プロファイルの違いがあります。また、細胞の組成だけでなく、その空間的な分布も、患者さんの組織によってさまざまです。このような背景のもと、この10年間、シングルセルRNA シークエンシング (scRNA-seq) や空間トランスクリプトミクスについての研究が、この不均一性の理解を深めてきており、がんの予後の予測や治療法の開発に役立つ可能性が示されてきています。しかし、現実は、それぞれの患者さんからの組織について、scRNA-seqや空間トランスクリプトミクスを行うのは困難であるということです。 scRNA-seqを行うためには、それぞれの細胞にまで組織を解離することが必要であるため、細胞間相互作用の空間動態を捉えることができませんでした。特に高価で入手が難しい空間トランスクリプトミクスの情報も、組織内での細胞相互作用、組織構造、クローンの進化、腫瘍の進行、治療抵抗性についての理解に必須の情報となります。つまり、これらの情報を得る実験は、費用が極めて高価であり、高度な技術を要するために、日常的な臨床の場には適しません。[費用だけで一つ100万円で、技術も必要といったイメージ] 一方で、グリオブラストーマの組織切片を染色して病理組織検査を行うというこれまでの方法があります。この方法でも、予後をある程度予測することはできますが、重要なのは、病理組織の画像と予後について紐付いた情報が多量に集まっているビッグデータになっているということです。最近、スタンフォード大学のグループが、少数の「scRNA-seqや空間トランスクリプトミクスの情報」と多数の「病理組織検査と予後の情報」を機械学習でリンクさせる方法を開発しました[1]。

【日曜コラム】合成生物学を伝える

全体に公開・2023/10/08

今週気になった話題の一つとして、科学雑誌「Newton」のニュートンプレスが朝日新聞グループに入ることになったというニュースがあります。こちらに背景の一面が書かれています。科学雑誌は出版不況の中でも厳しい状態にあるところだという印象です。科学的な文章は内容的にすぐ古くなってしまうので、教科書と先端報道の中間的な立ち位置にあるメディアというのは難しいと感じます。日本の科学分野では、「良い教科書」を書く研究者がいない、とよく言われます。生物系でも有名な教科書は、米国の教科書の翻訳書が多いです。先端報道ということでは、日本の一般新聞でよくみかける「元論文やエビデンスを探すのも難しい科学記事」や「単なる日本国内の研究紹介のような科学記事」を見ていると、なかなか厳しいものがあるのではないか、と感じます。いくつかの海外記事を翻訳しているメディアが良い記事を提供しているという印象です。

甘、酸、塩、苦、旨味に続く6番目の味？

全体に公開・2023/10/07

甘味、酸味、塩味、苦味、そして旨味（うまみ）の5味は、基本味と呼ばれています。日本では、1908年、池田菊苗がL-グルタミン酸ナトリウムを「うまみ」として主張し始めました。しかし、西洋において、うまみがUmamiという基本味として学界で広く受け入れられるようになったのは、20世紀の終わりになってからだとされています。特に、舌の味蕾に存在する味受容細胞がグルタミン酸受容体mGluR4を発現しているとした発見によって、Umamiは味の一つとして強く支持されるようになりました。このように「味」として受け入れられるためには、それを感じる仕組みが現実に存在することが証明されることが大切だということになります。これらの5つの味に続く、第6の味についての研究は続いています。「第6の味」についての理解はまだ研究途上ということになると思います。そんななか、この10月5日に、南カリフォルニア大学の研究者たちが、塩化アンモニウムを「第6の味」とする研究結果を発表しました[1]。味蕾の酸味受容体細胞（III型細胞）で発現するプロトン選択的イオンチャネルであるOTOP1が、塩化アンモニウム（NH4Cl）のセンサーとして機能することを報告しています。

次世代RNA技術の現実

全体に公開・2023/10/06

今年のノーベル生理学・医学賞の関係でしょうか、Nature誌が「Why rings of RNA could be the next blockbuster drug」（環状RNAが次のブロックバスター薬となりうる理由）という記事を掲載しています。 RNAは不安定で分解されやすいです。特に生体内には多くのRNA分解酵素が存在しており、通常のmRNAの寿命は短いです。高次構造も取りやすく扱いも難しいです。RNAワクチンも低温で保存する必要があります。そこで登場し注目されているのが、環状RNA（circular RNA, circRNA）です。当初、植物のウイロイドが一本鎖の環状RNAであることが見つかり、その後、環状RNAは哺乳類を含む細胞に存在することがわかってきました。こうした環状RNAがどのようにしてできるのかは、この総説が詳しいです。

量子ドットと合成生物学

全体に公開・2023/10/05

事前に受賞者名が漏洩したと話題になっていますが、Moungi Bawendi、Louis Brus、Alexei Ekimovの３人がノーベル化学賞でした。Moungi Bawendiは、岡武史の関係者ということです。その受賞理由は、この説明にもあるように、ノーベル物理学賞と同じように、医学への応用が強調されています。今年のノーベル生理学・医学賞も、がん治療にも利用されつつあるmRNAワクチンでした。mRNAワクチンについては、細胞への導入に必要なLNP（脂質ナノ粒子）の貢献は、今回の生理学・医学賞の対象とはなりませんでしたが、量子ドットも「ナノテクノロジー」の一つです。 2023年のノーベル化学賞は、量子ドットの発見と開発に授与される。量子ドットは、そのサイズが特性を決定するほど小さなナノ粒子である。このナノテクノロジーの最小部品は、現在、テレビやLEDランプから光を拡散し、また、外科医が腫瘍組織を除去する際のガイドとなるなど、さまざまな役割を果たしている。いずれにしても、自然科学系の3つのノーベル賞が「がん治療」に関わるものというのは興味深いです。「ノーベル賞は、なぜか「がん」研究への受賞を避ける」というのは、生物医学系の研究者の間ではしばしば指摘されてきました。さて、量子ドットは、候補の一つでしたので、解説も多いです。

がんの検出と区別にノーベル物理学賞

全体に公開・2023/10/04

NewsPicksでは、線虫を使うがん検出の問題が話題になっていますが、10月3日に発表になったノーベル物理学賞は、がん検出などの医療診断に使えるというのが受賞理由のひとつになっています。2021年の発表論文によれば、今回の受賞理由となったアト秒物理学を利用することで、がんの種類が区別できるかもしれないということです。ノーベル物理学賞のプレスリリースの最後はこのように結んでいます。 Attosecond pulses can also be used to identify different molecules, such as in medical diagnostics.アト秒パルスは、医療診断のように、異なる分子を識別するためにも使用できる。さて、アト秒パルス光の研究については、日本の研究者が少ないそうで、あまり良い日本語の解説が見つからないのですが、日経サイエンスが記事を出しています。 2023年ノーベル物理学賞：物質中の電子の動きを解析する「アト秒の科学」を切り開いた3氏に 3名の受賞者のなかで、がんの検出にこの方法を応用しようとしているのは、こちらでも紹介されているFerenc Krausz博士です。1962年生まれ、ハンガリー出身、ドイツのマックスプランク研究所の一つでミュンヘン近郊にある量子光学研究所の研究者です。上のインタビューでも出てきますが、昨日、ノーベル生理学・医学賞を受賞したカリコ博士と同じハンガリー出身の研究者です。

mRNAワクチンと合成生物学

全体に公開・2023/10/03

mRNAワクチンは、合成生物学の成果であると言われることが多いです。今年のノーベル生理学・医学賞は、いわゆる「驚き」というのはなかったように感じます。その内容については、多くの容易な解説が日本語でも読めると思います。また、英語等でも様々なところに解説記事が出ていますが、発表前に準備されていたような内容ばかりで同じようなことが書かれています。先日、私が指摘した候補のリストでも、筆頭に出ていました。 mRNAとLNPワクチン、光遺伝学、小胞体ストレス、エピジェネティクス、マイクロバイオーム、細胞接着 mRNAだけではなく、mRNAを細胞内に入れるLNP（lipid nanoparticle）の開発も重要でそちらも評価して欲しいと感じていました。これについては、Nature誌も同じことを言っています。

単純ではない衛生仮説

全体に公開・2023/10/02

花粉症などアレルギー疾患の発生率は、過去1世紀にわたって増加しています。一部の先進国では、子どもの約30%が5歳までに鼻炎、アトピー性皮膚炎、または喘息に罹患していると言われます。その発症には様々な遺伝的要因、環境要因、さらに抗原側の要因が関与していると言われています。一卵性双生児間の一致率は約50%であり、アレルギー疾患に対する感受性には遺伝的要因も重要な役割を果たしています。一方、1989 年、英国の疫学者であるDavid Strachanは、年上の兄弟が数人いる子供は、兄弟がほとんどいない、または兄弟がいない状態で育った子供に比べて、花粉症の発症率が大幅に低いことを観察しました。Strachanは、これが年長の兄弟から年下の兄弟への微生物の伝達によるものであると提案し、衛生仮説（Hygiene hypothesis）として知られるようになりました。他のアレルギー疾患にも当てはまるとされています。これを裏付けるように、日本人と遺伝的に近いモンゴル人は、アレルギー疾患の発症率が非常に低いこと知られています。現在では、衛生仮説は教科書的な概念となっています。アレルギーの基礎研究は、特定病原体がない (SPF) 条件下で飼育されたマウスを使った動物実験が主なものです。その結果、アレルギー免疫応答は、Th2細胞と呼ばれるリンパ球および類似のILC2集団によって担われることがわかってきました。微生物に曝露することでアレルギーが生じなくなる主なメカニズムは、この免疫応答の抑制によるものと考えられています。ところが、SPF条件下で飼育されたマウスは、ヒトの日常的な免疫応答を忠実に再現できないことが示されてきています。そこで、2019年、Rosshartらは、純系マウスのC57BL/6の胚を、「野生」のマウスに移植し、出産させることで、「野生Wildlingマウス」を作成しました。このマウスは、体のすべての部位に自然の微生物叢と病原体を持っているC57BL/6マウスということになります。 9月29日、スウェーデンのカロリンスカ研究所を中心としたチームが、Science Immunology誌に、この野生マウスでは、通常のSPFマウスと同じように、アレルゲンに対して強力なアレルギー反応を示すことを報告しています[1]。つまり、衛生仮説に対して疑問を投げかける結果です。

【日曜コラム】科学者の呼び方

全体に公開・2023/10/01

科学者を、日常で呼ぶとき、文章中で書いたりするとき、どんな敬称・呼称を使うのか、というのは迷うことが多いです。論文の中でしたら、xx et al. だったり、何の敬称も付けずに科学者名を記述します。日本語のブログや一般的な文章では、故人になった科学者の場合、敬称も何も付けずに、「アインシュタイン」とか書くこ

2023-09-30

バックナンバー2023年9月

バックナンバー合成生物学は新たな産業革命の鍵となるか？

スムシ唾液中のプラスチック分解酵素

全体に公開・2023/09/30

スムシって何？と思った方も多いと思います。「スムシ」でネット検索すると、養蜂サイトがたくさんでてきます。スムシは、ミツバチの巣を食い荒らす害虫として知られますが、メイガ上科のガであるハチノスツヅリガ Galleria mellonellaの幼虫のことです。英語では、Waxworm（Wax worm）と呼ばれています。スムシは、プラスチックを食べることで知られています。プラスチックポリマーであるポリエチレン (PE)、ポリプロピレン (PP)、ポリスチレン (PS)、およびポリ塩化ビニル (PVC) は、世界のプラスチック総生産量の70%を占めています。スムシの唾液の中にプラスチック、特にPEを分解する酵素があることが最近わかってきました。

ガラクタDNAによる遺伝子発現の制御

全体に公開・2023/09/29

かつて、生物学者の大野乾は、So much junk DNA in our genomeのなかで、ゲノム上の機能が特定されていないようなDNA領域のことをjunk DNAと言い、以来その呼称がさまざまな機会に使われるようになりました。一方で機能が現時点ではわからなくても、何らかの機能をしていると仮定することもできます。したがって、ガラクタ、junk DNAと呼ぶのは言い過ぎで、実際、いろいろな機能が提唱されたり、確認されたりしてきています。ショートタンデムリピート（STR）は、マイクロサテライトまたは単純配列リピートとも呼ばれています。連続的に繰り返される1～6 bpの短いDNA配列であり、最大100 ヌクレオチドの長さになります。原核生物とヒトを含む真核生物に広く見られますが、ヒトゲノムでは、約5％がこれに相当します。ヒトで最も一般的な STRは、A に富んだユニットです（A、AC、AAAN、AAN、および AG）。特にヒトで最も一般的なSTRはジヌクレオチド反復です。STRは、タンパク質をコードする遺伝子では1.5％、ほとんどのSTRは非コーディング領域、特に転写調節領域によく見られるとされます。そのことから、STRは遺伝子発現に関係していると言われてきました。STRの長さの変化は遺伝子発現の変化と関連しており、統合失調症、がん、自閉症、クローン病などのいくつかの複雑な表現型に関係していると考えられています。しかし、STR が転写に影響を与えるメカニズムは不明のままです。そんななか、9月22日のScience誌に、スタンフォード大学を中心とするチームが、STRが転写因子（TF）に結合して真核生物の遺伝子発現を調整しているのではないか、という論文を発表しました[1]。

AIとSynBioのコラボから始まる次世代細胞医療

全体に公開・2023/09/28

人工知能（AI）と合成生物学（SB）のコラボ、そしてそのトランスレーショナル・リサーチは、さまざまなところで始まっています。 JURA Bioは、2017年、Elizabeth Wood, George Church, Julie Norvilleを共同創業者として、ボストンで設立されました。機械学習を合成生物学と組み合わせて、 T 細胞受容体（TCR）と抗原とHLAの結合領域（TCR-エピトープ-HLA シナプス）を解明し、医薬品を開発するためのプラットフォームを作ってきました。特に、がん治療と自己免疫疾患を重視しています。 9月21日、Jura Bioは、TCRベースの治療法を開発するため、サンディエゴを拠点とするゲノム合成の会社Replayの子会社で細胞療法製品会社であるSyenaとの研究協力を発表しました。Jura Bioは 1,610 万ドル（23億円）の資金調達も発表しました。

光の色で植物の遺伝子発現を操る光遺伝学

全体に公開・2023/09/27

光遺伝学（オプトジェネティクス）は、光を照射することで活性化されるタンパク質を特定の細胞に遺伝子導入といった遺伝学的な方法で作らせて、そのタンパク質の機能を光で制御する技術です。特に神経科学分野で動物の神経細胞の活動の制御に広く用いられてきています。植物でも、栽培中に光を照射して、例えば病原菌の発生を防ぐための遺伝子の制御をしたり、ある枝だけに花を咲かせたり、発生などの基礎研究にも、光遺伝学は利用できそうです。しかし、そもそも生存するために光が必要な植物に光遺伝学を使うのは容易ではないです。植物で光遺伝学を利用するには、以下のようなことができると理想的です。（１）人工的な光刺激に特異的に応答。（２）通常の植物成長条件、明暗サイクルのもとで使える。（３）時間的、空間的に制御できる明確なオン状態とオフ状態を持つスイッチとして機能。（４）植物内のシグナル伝達系とは無関係（オーソゴナル）。例えば、熱（ヒートショック）とは無関係。（５）外部から供給される発色団（他の化学物質など）が不要。これまで、このような目的の最近のツールとして、PULSEという光遺伝学システムが開発されています。 PULSE は、明暗サイクル中に赤色光で遺伝子発現オフからオン状態にすることができます。 9月21日、英国のケンブリッジ大学Sainsbury Laboratoryのチームは、植物で使える興味深い光遺伝学ツールHighlighterを開発し、PloS Biology誌に報告しています[1]。 Larsen, B. et al. (2023) Highlighter: An optogenetic system for high-resolution gene expression control in plants. PloS Biology. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3002303 Highlighterは、シアノバクテリア由来の光によるスイッチ可能なCcaS-CcaRシステムを利用しています。

驚異的なシルクを作るゲノム編集カイコ

全体に公開・2023/09/26

ナイロンのような合成繊維に代わる、環境にやさしく強靭な代替繊維を開発することは重要です。そのためには、繊維の強さ（強度）とねばり強さ（靭性）の決定因子を理解するとともに、そのような繊維を安価に大量生産する必要があります。 9月20日に、中国・上海の東華大学のチームが、ゲノム編集技術を使ってカイコの絹遺伝子にクモ型の遺伝子を挿入することで、防弾チョッキに使われるケブラーよりも6倍丈夫な繊維を作らせることに成功しMatter誌に報告しました[1]。この繊維は、強度と靭性にすぐれているだけでなく、持続可能な繊維として商業化も期待されるということです。

海中のPETを処理できる人工細菌

全体に公開・2023/09/25

PET、ポリエチレンテレフタレート（Polyester terephthalate）は広く使用、製造されていますが、例えば廃棄されたPETボトルを分別収集し、最終的にフレークやペレットなどの再生PET原料としてリサイクルが可能です。しかし、PETは自然分解されないため、リサイクルされず埋立地に廃棄されたものは、海洋生物や生態系に深刻な問題をもたらし、人の健康にも影響があるマイクロプラスチックの原因となっています。 9月14日、この問題に対処するため、ノースカロライナ州立大学のチームが、海のPETを処理できる可能性のある新しい人工細菌を合成生物学的手法によって作製したことを報告しました。 Li, T. et al. (2023) Breakdown of polyethylene therepthalate microplastics under saltwater conditions using engineered Vibrio natriegens https://doi.org/10.1002/aic.18228 この研究では、病原性がない超高速増殖海洋細菌Vibrio natriegensを使っています。倍加時間は10分未満と成長が速く、好塩性で増殖には約2％のNaClを必要とするということです。

【日曜コラム】会いに行ける科学者フェス

全体に公開・2023/09/24

今回は、私が関わっている団体（日本科学振興協会）の風変わりな名前のイベント「会いに行ける科学者フェス」について紹介させていただきます。 🆓「会いに行ける科学者フェス」見物は無料フェス（お祭り）イベントは、東京・秋葉原UDXで10月7日（土）、10月8日（日）、10月9日（月）の三連休中に開催されますが、オンライン中継もあります。秋葉原で直接参加される場合もオンラインも「無料」です。 👀イベントの中身は？このイベントでは、「日本の科学を支える人たち（科学者や科学関連企業・行政の方々）」と会って話をすることができます。科学者がその熱意を広く世の中に伝え、科学者と異分野・異業種のエキスパートが出会うことで、インベンションやイノベーションが生まれるきっかけを作ります。

計算機が医学賞を受賞？

全体に公開・2023/09/23

9月21日、2023年のラスカー医学研究賞が発表されました。ラスカー医学研究賞は、医学界最高とされる米国の賞で、その多くが後にノーベル賞を受賞しています。 AlphaFoldの開発、光干渉断層計（OCT）の開発といったコンピュータの進歩に大きく依存した開発が対象になっています。これも時代の動きを感じます。ラスカー基礎医学研究賞は、アミノ酸配列からタンパク質の立体構造を予測するAlphaFoldの開発に関わったGoogle DeepMindのDemis Hassabis、John Jumperでした。2人は、今年のガードナー国際賞も受賞しています。

「機能獲得」研究のランドスケープとコンテインメント

全体に公開・2023/09/22

機能獲得実験（Gain-of-function、GOF）や機能欠失実験（Loss-of-function、LOF）というと、分子遺伝学を学べば馴染み深い言葉です。一方で、聞き慣れない、難しそうな専門用語と感じる方も多いかもしれません。 GOFとは、一般的には、生物や遺伝子に本来とは違った機能を与える研究のことです。単に正常より過剰にタンパク質を（遺伝子発現量を強めて）作らせるというようなことも相当すると思います。しかし、最近の一般報道などで見かける「GOF」とはウイルスなどの病原体に関するもので、その毒性や感染力を遺伝子操作で人工的に高める研究をさすことが多いです。 SARS-CoV-2ウイルスは、感染動物との接触を通じてヒトに広がったというのが通説になっています。一方で、研究者がGOF研究を行っていた実験室から何らかの理由で流出したのではないか、という推測もされています。この流出説は陰謀論だという意見もありますが、その真偽は判断を可能にする材料が存在しないというのが現実です。このような背景もあり、世界中でどのようなGOF研究が行われているのか、その実情を把握し、規制する手段を検討する必要があります。しかし、GOF研究の実態はあまり知られていませんでした。先ごろ、ワシントンDCにあるジョージタウン大学安全保障・新技術センター（Center for Security and Emerging Technology）の研究者が、人工知能ツールを使って病原体についての科学文献を調査することで、GOF研究がどこで、どのような頻度で行われているかを分析しました。

ゲノム編集でトマトの形を操る

全体に公開・2023/09/21

料理や食材は、それぞれの国や文化によって違います。外国でスーパーマーケットに行くと、日本国内のスーパーマーケットで見かける野菜や果物とは違った大きさや形のものを見かけます。トマト（Solanum lycopersicum）は、世界中で最も消費されている野菜・果実作物のひとつですが、その「形」、「大きさ」、「味」は市場と料理の目的を決定する重要な形質となっています。米国へ行くと、ローマトマトというトマトが普通に多量に販売されています。でも、日本ではほとんど見かけることがありません。ローマトマトは、食感が硬めでトマトの香りが強いという特徴があります。サラダなど生食で食べるトマトとは違って、煮たり焼いたり加熱するトマト料理に使うことが多いです。ローマトマトは、1950年代に米国で作られた品種ということですが、硬いために、ひとつずつ掴むといった人手を使うことなく機械でまとめて収穫ができます。そのため生食用のトマトより安価で、缶詰やトマトソースにも広く使われています。形が細長いので、すぐわかります（下の写真）。

引用される合成生物学

全体に公開・2023/09/20

例年この時期に発表されるClarivateの「クラリベイト引用栄誉賞」2023年版が発表されました。クラリベイト引用栄誉賞は被引用回数が高い研究論文およびその著者を特定したうえで選ばれています。「クラリベイト引用栄誉賞」の生命科学関係は、ほとんどが合成生物学とも関係したトピックになっているように思われます。なお、被引用回数だけで論文を語ることはできないとよく言われます。被引用回数だけで評価する賞を安易に報道する日本の報道機関やそれを評価基準として利用する日本の研究機関の姿勢には疑問を感じます。まず、分野ごとの研究者や研究論文の多さ、引用の慣習にも依存するので、分野別の比較ができません。そもそも先進国で患者さんの多い病気と地方に限定された感染症や希少遺伝性疾患は、患者さんにとっては同じように治療したい病気であるはずです。それを被引用回数という形で研究価値を比較してしまうというのは、倫理的なのでしょうか？オリジナル論文より総説や総説的な要素の強い論文、方法論に関する論文は被引用回数が多くなります。誰もが読めない状態の論文とオープンアクセスの論文と比べた場合、オープンアクセスの方が引用されやすいと言われます。ネガティブな引用というのもあるでしょう。地域コミュニティのバイアスによる被引用の連鎖というのが人口の多い国家からの研究では指摘されることがあります。お手軽な論文を多数発表する研究者が自分で自分の論文を引用するということによる歪みもあります。更に、「引用されなくなったら本物だ」と言われるように、あまりに当たり前になってしまったことは引用されなくなります。 2023年「クラリベイト引用栄誉賞」について、詳しくは、clarivate.comでの発表をご覧ください。

タコの研究に倫理的ガイドラインが必要？

全体に公開・2023/09/19

タコは高度な知能を持っているとされています。 Nature誌にこんな記事がでています。米国でも頭足類の研究に承認が必要になるかもしれないということです。

系外惑星に生命の痕跡？

全体に公開・2023/09/18

NASAは、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）が、太陽系外惑星に生命の痕跡を示す証拠を発見した可能性があるという発表をしました。少なくとも地球上では生物だけが発生させるジメチルスルフィド（dimethyl sulfide、DMS）が検出されたかもしれないということです。ただ、120光年離れた系外惑星での検出は確実ではないため、研究者らは、その存在を確認するにはさらなるデータと分析が必要だと注意しています。最近も、太陽系の金星の雲の中で生物によって生成される可能性のあるホスフィン（phosphine）が存在していると2020年になされた主張について、疑義がでているということもあります。今回のJWSTによる観測では、しし座にある8.6倍の質量を持つ系外惑星K2-18bに、メタンや二酸化炭素などの炭素含有分子の存在が明らかになりました。メタンや二酸化炭素の存在は確実で、NASAの発表も「K2-18b の大気中でメタンと二酸化炭素を発見」となっています。このK2-18bは、地球と海王星の中間の大きさであり、地球のような岩石惑星とは異なります。この種の惑星は、私たちの太陽系には存在しませんが、銀河系においては、これまでに知られている最も一般的なタイプの系外惑星だとされています。しかし、特に注目されているのは、この系外惑星でDMSが検出されたかもしれないという点です。

【日曜コラム】学問の秋

全体に公開・2023/09/17

9月半ば過ぎると「学問の秋」という言葉を感じることが多いです。その中でも、9月から10月にかけて、いろいろな「賞」が発表されるのは、例年恒例です。この木曜日には、ブレイクスルー賞（Breakthrough Prize）が発表されました。ブレイクスルー賞は、賞金額が大きいことで知られ、物理学、数学、そして生命科学の分野の賞があります。生命科学の賞は、以下でした。こちらがブレイクスルー賞のホームページでの発表です。 2024 Breakthrough Prize in Life Sciences Carl H. June, Perelman School of Medicine, University of Pennsylvania

長いDNA合成から生成AIへ

全体に公開・2023/09/16

現在、合成生物学でボトルネックになっているのが、長いDNAをどのように作るのか、という「書く技術」です。先日、次に来る波を人工知能と合成生物学だとするムスタファ・スレイマンの新刊本を紹介しましたが、その中でも「書く技術」の重要性と危険性が指摘されています。 DNA合成は、35年間本質的に変わることなく、限界に近づきつつある化学的方法（ヌクレオシドホスホラミダイト法）によって行われているのが現状です。通常、一本でできるのは200塩基までが質を保った合成の限界とされています。化学的に合成可能な短いDNAをたくさん用意して、それらをつなぎ合わせていくというGibsonアセンブリのような方法が考案され利用されていますが、費用や容易さの点で課題になっています。そんななか、5年ほど前に開発されたテンプレートに依存しない酵素合成によるDNA合成法が、長いDNAの供給を可能にしつつあり注目されています。鋳型非依存性ポリメラーゼターミナルデオキシヌクレオチジルトランスフェラーゼ（TdT）を用いたオリゴヌクレオチド合成です。

ムール貝にヒントを得た超強力接着剤

全体に公開・2023/09/15

身の回りには、携帯電話、コンピューター、自動車、家具、靴、包装、そして壁など接着剤があふれています。現在の接着剤は安価で高性能ですが、環境への負荷も大きいとされます。例えば、廃棄される接着剤は、化学的に分解されず、機械的に粉砕され、海洋のマイクロプラスチック問題の一因となっています。典型的なエポキシ接着剤は、ビスフェノールAジグリシジルエーテルなどの多官能性エポキシ含有化合物と、トリエチレンテトラミンなどのポリアミンとの反応が基本になっています。一方、天然では、ムール貝（ムラサキイガイ、mussel）が、3,4-ジヒドロキシフェニルアラニン（DOPA）を含むタンパク質で岩に強力に接着することが知られています。 DOPAは、ムール貝の接着に関わるタンパク質が合成された後の翻訳後修飾でできます（下図）。DOPA基により、このタンパク質は水素結合や金属キレート形成などの相互作用を介して表面に結合します。さらに、これらのペンダント型ジヒドロキシフェニル（つまりカテコール）基の酸化は、凝集性相互作用をもたらす架橋を作ります。 9月13日付けのNature誌で、Purdue Universityのグループが、この化学構造にヒントを得た持続可能な、つまり天然由来で天然で処理できる新しいタイプの強力な接着剤ができたことを報告しています [1]。 Westerman, C.R. et al. (2023) Sustainably sourced components to generate high-strength adhesives. Nature 621, 306–311 https://doi.org/10.1038/s41586-023-06335-7 その材料は、エポキシ化大豆オイル、リンゴ酸、タンニン酸の３つです（下図b）。エポキシ化大豆オイルは、大豆オイルと酸、過酸化水素との単純な反応で得ることができ、すでに大規模かつ低コストで入手可能であり、例えばポリ塩化ビニルの可塑化などに使用されているそうです。

バイオガス生産に関わる新しい微生物

全体に公開・2023/09/14

バイオガスは、メタン（CH4：総量の55～70％）、二酸化炭素（CO2：30～40％）および微量のその他のガスの混合物です。バイオガスは、さまざまな種類の微生物が密接に協力して行う有機物の嫌気性消化（anaerobic digestion）によって生成します。バイオガスプラントで生産されるバイオガスを考えるときには、１）バイオエタノール、バイオディーゼル燃料と並ぶ化石燃料代替であり、自動車燃料や発電・熱源として利用できるバイオガスの生産、２）下水汚泥、家畜の糞尿、食品廃棄物などの有機廃棄物（バイオマス）の処理という２つの視点から理解する必要があります。しかし、この嫌気性消化に関わる微生物の実態について未知な点が多いため、このプロセスはブラックボックスとみなされています。バイオガスの生産向上のためには、ここに関わる微生物についてもっと理解する必要があります。 9月8日、プレプリントサーバbioRxivに、ドイツ、スペイン、オランダの研究プロジェクトMicro4Biogasのグループが、有機物の分解に関わるバイオガス燃料生産改善の鍵を握る可能性がある新しい細菌についての報告を掲示しています。

キチンを食べると起こること

全体に公開・2023/09/13

キチン (chitin) は直鎖型の多糖、ポリ-β1-4-N-アセチルグルコサミンです。自然界では、セルロースに次いで2番目に多い多糖類と言われます。昆虫などの節足動物や甲殻類の外骨格、軟体動物、頭足類、カビ・キノコなど真菌類の細胞壁などの主な成分となっています。日本では、エビ、カニ、イカ、タコ、キノコなどが日常的な食品です。また、昆虫食も伝統的な食ですし、最近では食料問題の解決につながる食として注目されています。一方でキチンは、II型アレルギーといった免疫反応を引き起こすことも知られてきました。 9月7日付けのSCIENCE誌に、米国セントルイスのワシントン大学メディカルスクールのグループが、キチン摂取による胃の自然免疫活性化による適応について報告しています[1]。 Kim, D.H. (2023) A type 2 immune circuit in the stomach controls mammalian adaptation to dietary chitin. Science. 381:1092-1098. doi: 10.1126/science.add5649. マウスがキチンを摂取すると、胃が膨らみ始め、胃の内壁にあるタフト細胞および2型自然リンパ球（ILC2）によるサイトカイン産生を引き起こします。そして、キチン消化に必要なキチン分解酵素である酸性哺乳類キチナーゼ（acidic mammalian chitinase, AMCase）が酵素原主細胞（zymogenic chief cell）によって作られます。これは、キチンを持つ寄生虫の侵入に対応するための適応ではないか、と考えられます。つまり、マウスによるキチンの消化は免疫反応、特に腸内寄生虫のような寄生虫に対する免疫反応に依存しているようです。

電気的にDNAを検出する

全体に公開・2023/09/12

特定の核酸の配列を迅速かつ正確に検出することは、感染症、がんなどの診断・治療に重要です。核酸配列の検出は、人間などによる観察や機械学習による画像診断などとは違って、一般的にブラックボックスがありません。「ブラックボックスのない検査」の開発と改良の重要性はますます高まっています。現在、核酸の検出は、蛍光または発色をもとにした方法が一般的です。今回は、最近、発表された電気的に検出する２つの方法について紹介したいと思います。 📌DNAナノボール最初は、9月6日に、スタンフォード大学、ラトガーズ大学、カロリンスカ研究所のグループが、Science Advances誌に発表した研究です[1]。核酸を、DNAナノボールを用いることで電気的に検出できるとしています。 Tayyab, M. et al. (2023) Digital assay for rapid electronic quantification of clinical pathogens using DNA nanoballs. Sci Adv. 9:eadi4997. doi: 10.1126/sciadv.adi4997. この方法では、コンパクション・オリゴヌクレオチドを用いて、ナノボール上で標的を増幅するというループ媒介等温増幅(LAMP)を行います。LAMPアンプリコンに存在する共通領域に相補的なオリゴヌクレオチド（コンパクション・オリゴヌクレオチドと呼ぶ）を使用することで、DNAをナノボールに「ホッチキス留め」することができるというアイデアです。この反応は一つのチューブ中で行うことができます。次に、キャピラリー中の流れを利用して、こうしてできたDNAナノボールをマイクロ流体インピーダンスサイトメーターに通すことにより、個々のナノボールの動きを、インピーダンスの変化によって検出しています。

大気汚染と抗生物質耐性の関係

全体に公開・2023/09/11

9月10日の米国の公共ラジオ放送NPRで取り上げられていた話題です。 https://www.npr.org/2023/09/10/1198675569/air-pollution-could-be-making-antibiotic-resistance-worse 薬剤耐性菌の問題は世界的な問題で、毎年、世界中で数百万人の死者を出していると言われています。国連によると、薬剤耐性菌関連の年間死者数は2050年までに1000万人に達する可能性があるとされます。一方、粒子状物質（particulate matter, PM）2.5による大気汚染も世界中で深刻になっています。PM2.5により、農業、水産養殖、廃水処理、病院などから環境中にもれる抗菌薬耐性細菌が運ばれる可能性があると長い間疑われてきました。 8月のLancet Planet Health誌に、薬剤耐性（Antimicrobial Resistance, AMR）と大気汚染の間に相関関係があるのではないか、という報告が中国の浙江大学と英国のケンブリッジ大学のチームにより発表されました[1]。 https://www.thelancet.com/journals/lanplh/article/PIIS2542-5196(23)00135-3/fulltext Zhou, Z. et al. (2023) Association between particulate matter (PM)2·5 air pollution and clinical antibiotic resistance: a global analysis. Lancet Planet Health. 7:e649-e659. doi: 10.1016/S2542-5196(23)00135-3. チームは、複数の潜在的予測因子（大気汚染、抗生物質の使用、衛生サービス、経済、医療費、人口、教育、気候、年、地域）に関するデータを2000年から2018年まで116カ国で収集し、単変量解析および多変量解析によってPM2.5が抗生物質耐性に及ぼす影響を推定しました。その結果、粒子状大気汚染と臨床的抗生物質耐性の報告との間に強い関連性があると結論づけています。

【日曜コラム】文科省概算要求や経団連BXにみる「バイオ」

全体に公開・2023/09/10

8月末に文科省の来年度予算・概算要求がでています。文科省の合成生物学関係は、「09 研究振興局主要事項」の後半あたりが関係しているのでしょうか。 09 研究振興局主要事項　－令和６年度科学技術関係概算要求－（PDF:8MB）バイオ系では、内閣府、厚労省、経済産業省、農水省、環境省、防衛省なども関係してきます。ところで、このような最近の国全体の産業や施策の方向性を与えるものとして、比較的、未来志向のものとしては、経団連がこの3月に発表した「バイオトランスフォーメーション（BX）戦略」というものがあります。ただ、日本のバイオ政策の場合、それぞれのステークホルダーの間の壁が大きく、サイエンス中心になっていないのが気になります。経団連の報告書では、このように色分けしているのですが、色分けしてしまうところに、日本のBXの課題があると、感じるのは私だけでしょうか。

実験動物の使用と合成生物学

全体に公開・2023/09/09

培養肉もそうですが、合成生物学の延長には、実験動物の使用数を少なくできる技術となるという期待もあります。 SCIENCE誌に、2022年12月に米国議会で可決されたFDA Modernization Act 2.0についてのGary Michelson氏の財団に関する記事「A new path to new drugs: Finding alternatives to animal testing」がでています。「FDA Modernization Act 2.0（FDA近代化法2.0）」は、科学研究における動物の使用を禁止するものではありませんが、その限界を認識し、創薬の研究者に革新的な非動物的方法を採用する権限を与えるものです。ヒトのさまざまな組織を正確にモデル化できるようになれば、創薬のスピードが大きく変わるとされています。このSCIENCE誌の記事では、5つの代替法を紹介しています。

合成ヒト胚モデルの利用法

全体に公開・2023/09/08

イスラエル・ワイツマン科学研究所のJacob Hanna博士の研究チームが、実験室で培養した幹細胞からヒト胚のモデルを作成し、子宮の外で14日目まで成長させることに成功しました。この合成胚モデルは、胎盤、卵黄嚢、絨毛膜嚢、さらに他の外部組織を含む、この段階に特徴的なすべての構造を持っているということです。 9月7日、BBCの英語ニュースを聴いていたら、トップで報道していたニュースですが、日本語ニュースにもなっています。 Oldak, B. et al. (2023) Complete human day 14 post-implantation embryo models from naïve ES cells. Nature https://doi.org/10.1038/s41586-023-06604-5 実は、この論文、去年の秋には、bioRxivにプレプリントとして掲示されていましたので、査読後、雑誌掲載で改めてニュースになったという感じです。タイトルや文章が少し変わっていますが、Nature誌の場合、編集過程で変更されることがしばしばあります。既にマウスを使っての応用研究は実施されており、こういう記事のソースにもなっています。幹細胞から人工胚、「最高の臓器プリンター」目指すイスラエル企業 RenewalBioというのが、このイスラエル企業です。また、別のグループも昨年、同様な学会発表を行っており、その報道がありました。 BBCの報道では、このような合成胚モデルの利用法について、以下のように説明しています。

汚染水を浄化する人工生体材料

全体に公開・2023/09/07

バイオレメディエーション（Bioremediation）は、生物が持つ化学物質の分解能力や蓄積能力などを利用して環境の汚染浄化をする技術です。この8月に、カリフォルニア大学サンディエゴ校のグループが、水から汚染物質を除去することができる持続可能で環境にやさしい新しいタイプの「人工生体材料（engineered living materials, ELM）」を開発したことを報告しています[1]。 Datta, D. et al. (2023) Phenotypically complex living materials containing engineered cyanobacteria. Nat Commun 14, 4742. https://doi.org/10.1038/s41467-023-40265-2 この研究では、下図のように、海藻由来の天然多糖類であるアルギン酸（β-D-マンヌロン酸-α-L-グルロン酸のポリマー）を使用して、ゲルを作り、シアノバクテリアとして知られる水中に生息する光合成細菌の一種（藍藻、シネココックス目、Synechococcus elongatus PCC7942）を混ぜています。

綿花の細胞農業の将来性

全体に公開・2023/09/06

ワタはアオイ科ワタ属（Gossypium spp.）の多年草の総称です。英語ですとCottonですが、日本語ですと、ワタ、綿花（めんか）、木綿（もめん）、綿といった言い方の使い分けがあるようです。現在、人類が使用する家庭用繊維製品の7割は、ポリエステルやナイロンなどの石油由来の素材で作られています。木綿は合成繊維よりも二酸化炭素排出量が低いにもかかわらず、利用されている繊維に占める割合は2割ほどです。中国、インド、米国がワタのトップ生産国です。栽培には、多量の水が必要です。しかし、気候変動、つまり気温の上昇と干ばつで、灌漑用の淡水が減少していて、世界のワタ生産に混乱をもたらしていると言われます。少ない水、肥料、殺虫剤でも生育できる新しいワタ品種の作出が行われています。 9月4日付けのsynbiobetaで、バイオリアクターで育つワタ細胞を利用する細胞農業の可能性について紹介されています。ここで話題になっているのは、Galyという会社です。Galyは、2019年、Luciano BuenoとPaula Elblによって、米国西海岸のサンフランシスコで設立された会社ですが、現在は東海岸のボストンに基盤があります。これまで、AmazonやGoogleに投資を行ってきたベンチャーキャピタリストJohn Doerr、OpenAIのCEOであるSam Altman、Tony Fadell（AppleのiPod部門の元副社長）などの投資家から3,200万ドル以上の資金を調達することに成功しているといいます。

【合成生物学ナビ】あなたの体の中にある原子の総数は？

全体に公開・2023/09/05

「あなたの体の中にある原子の数は？」【合成生物学ナビ】は、合成生物学の原点に立ち返って、合成生物学の基礎を確認するためのものです。時々、挿入していく予定です。定量生物学とフェルミ推定合成生物学の展開上、「定量生物学」は、計量法と理論モデリングの組み合わせで生物系の設計原理や機能法則を明らかにするとともに、生物工学的な効率を検討する上で、重要な視点です。フェルミ推定は、実際に調査するのが難しく、感覚的に予測することが難しい数値を、いくつかの手掛かりを元に論理的に推定することです。「あなたの体の中にある原子の数は？」というような推定がそんな例です。生物学、環境問題の理解、更には企業経営など、さまざまな局面で、しばしば体験することです。今回は、イスラエル・ワイツマン科学研究所のRon Milo博士による「Biology and Sustainability by the Numbers（数字で見る生物学と持続可能性）」という授業（講義）を紹介します。シラバス過去数十年の間に、生物学や環境学は記述的で定性的な学問から、より分析的でデータ主導の定量的な分野へと急速に発展してきた。私たちを取り巻く最も基本的なプロセスを記述する数値を収集する能力は著しく向上し、これらのデータに基づく単純な計算は、重要な洞察を提供し、科学的な直感を豊かにすることができる。　　　本コースでは、生物学や持続可能性の分野から、重要な数値を用いた裏返し計算（いわゆるフェルミ推定）の実践と、研究への有用な応用を学ぶことを目的とする。結果の大きさを決定する主な要因を特定する方法、簡略化を許可するタイミング、効率的な計算方法、よくある落とし穴を避ける方法などを学ぶ。　　　　　このコースは、基本的な（しかししばしば驚くような）問題の多くの例を通して、定量的細胞生物学と持続可能性の様々な側面について毎週講義を行う構成となっている。 Ron Milo博士は、BioNumbersというデータベースを作製、維持しています。このBioNumbersは、2007年にハーバード大学のシステム生物学教室で、Ron Milo、Paul Jorgensen、Mike Springerの3人が共同研究を行っていた時に始まったもので、生物学ででてくる様々な「数字」を収集しているものです。例えば、「Brain」については、こんなデータが集まっています。

非天然型アミノ酸を用いた新薬の開発

全体に公開・2023/09/04

コドンを使って天然のタンパク質に利用されるアミノ酸は、20種類。実は、セレノシステイン（selenocysteine、Sec、U）とピロリシン（pyrrolysine、Pyl, O）も、天然のタンパク質に使われていることが知られています。したがって、これまでの研究では、生物がコドンを使ってタンパク質に使えるアミノ酸は合計22種類ということになります。近年の合成生物学では、これ以外のアミノ酸を入れたタンパク質の開発が盛んになってきており、商業的にも重要になってきています。このような標準でないアミノ酸は、non-canonical amino acids（ncAAs）と呼ばれています。 9月1日付けのGenetic Engineering & Biotechnology Newsに発表された「非標準アミノ酸が新薬の開発を触発する」Noncanonical Amino Acids Inspire the Development of Novel Drugsという記事の中で、同誌の専属ライターであるJulianna LeMieux氏がncAAsの最近の商業的な動向について議論していますので、紹介したいと思います。この記事の中で紹介されているのは、英国のConstructive Bioと米国のGRObioという企業の事業です。

【日曜コラム】合成生物学で演じる神

全体に公開・2023/09/03

人工知能を使った自動運転車の場合、いわゆるトロッコ問題というような有名な倫理の思考実験がありますが、合成生物学ではどんな問題があるでしょうか。トロッコ問題で、私が気になったのは、日本人の傾向みたいな話でした。「（日本は）その意味では、世界で最も功利主義的でない国だと言えます」要するに、介入したりせず、放置しておくという選択をする傾向があるということみたいです。最近、昔と違った昆虫や植物の存在に気づくことがあります。気候変動のせいかなのか、不明ですが、身の回りの生き物も、人の一生という短い時間のなかでも移り変わっていくものなのかもしれません。環境が変われば、そこに生きる生物も変わってきます。環境を元に戻すべきなのでしょうか、昔とは違った生物を取り除くべきなのでしょうか。

匂いの予測と嗅覚のデジタル化

全体に公開・2023/09/02

目では波長が色に、耳では周波数が音の高さとして知覚されます。その結果、視覚や聴覚のデジタル化は容易で、テレビを楽しむことができます。ところが、嗅覚はそういう形では扱うことができていません。 8月31日付けのScience誌に、嗅覚のデジタル化を狙った研究を、Google Researchからスピンオフした会社であるOsmoを中心とした研究チームが発表しています。Osmoはマサチューセッツ州ケンブリッジに拠点を置いていて、様々な日用品に利用できる新しい「匂い分子」の設計を目指しています。 Lee, B. K. et al. (2023) A principal odor map unifies diverse tasks in olfactory perception. Science. 381:999-1006. doi: 10.1126/science.ade4401. この研究は、1年ほど前に、bioRxivに投稿されています。匂いの元になる物質（匂い分子）は、数十万種類あるそうです。匂い分子の構造とどんな匂いと感じるかについての関係は複雑です。つまり、分子の標準的な化学情報（官能基数、物理的性質など）では、その分子がどのような匂いであるのかは予測できません。研究グループは、「草っぽい」「フルーツっぽい」などの55個の匂いを説明する単語を1つ以上割り当てることができる、人工知能 (AI) システムを作りました。そしてそのAIに、約5,000種類の匂い分子と匂いの説明を機械学習させました。利用したのは、Good ScentsとLeffingwellというデータベースです。

カブトガニとエンドトキシン検査

全体に公開・2023/09/01

今回は、米国薬局方(USP)、8月22日のアナウンスメントについてです。合成生物学で解決できそうなのに解決されていない課題というのは、世の中には結構あると感じます。その一つが、「生きている化石」と言われるカブトガニの血液が、エンドトキシンの検出試験に利用されていることです。細菌が外部に分泌する毒素が「エ

2023-08-31

バックナンバー2023年8月

バックナンバー合成生物学は新たな産業革命の鍵となるか？

ギンコ・バイオワークスとグーグル・クラウドの提携

全体に公開・2023/08/31

Ginkgo Bioworks（DNA (NYSE)）は、Jason KellyらMITの5人の科学者によって2008年に設立されたボストンのバイオテク企業。2021年9月、ニューヨーク証券取引所に上場しています。合成生物学分野では、最もよく知られている企業の一つです。 8月29日、Ginkgo BioworksとGoogle Cloudが、 5 年間にわたるクラウドと人工知能技術のコラボレーションを発表しました。この戦略的なパートナーシップにより、Ginkgo Bioworksは生物学とバイオセキュリティのためのAIを活用したツールの開発を行うとしています。 8月31日まで、サンフランシスコで開催中のGoogle Cloud Nextでも内容の発表があるとされています。また10月3日には、Ginkgoによる投資家向けの説明会が開催されるようです。以下、これまでの報道発表からポイントをまとめてみます。

カカポの個別化医療

全体に公開・2023/08/30

合成生物学には、多様なゲノム情報の保存、更には絶滅から復活させるDe-extinctionといった課題もあります。カカポ（マオリ語: kākāpō（カーカーポー）、フクロウオウム（梟鸚鵡）、学名: Strigops habroptilus）は、ニュージーランド固有のオウムの一種です。 https://en.wikipedia.org/wiki/Kākāpō 夜行性で飛べない鳥であること、最も体重が重たいオウムであること、レック（lek）と呼ばれる独特の繁殖法を持ち、100年近く長生きするとも言われています。カカポは小型の陸上哺乳類もいないニュージーランドという天敵のいない土地に生息してきました。その結果、人にも警戒心が全くないといいます。ニュージーランドに、人類や他の哺乳類がやってくると、その数は激減することになり、絶滅の危機に瀕することになりました。過去数十年にわたる様々な保護活動で、回復はしたものの、現在、生存個体数が確認されているのは250羽ほどです。生存カカポの数を日々更新している、こちらのウェッブサイト「Kākāpō Recovery」では、8月29日現在、247羽だとしています。この数字の存在は、個体のすべてが把握されていることを示しており、実際にすべての個体がタグ付けされ、名前がついているそうです。 8月28日、ニュージーランド、オタゴ大学のグループと保護活動家のチームは、生存している個体と死後保存されているサンプルの両方から、2018年当時のほぼ全個体数に相当する169羽のカカポのゲノムを解読したと報告しています[1]。

ムスタファ・スレイマン「 The Coming Wave 」の波とは

全体に公開・2023/08/29

ムスタファ・スレイマン（Mustafa Suleyman, 1984-)は、Google傘下DeepMindの共同創設者です。最近は、「パーソナルAI」を目指すスタートアップInflection AIのCEOとしても注目されています。そのスレイマンと共同執筆者による「The Coming Wave: Technology, Power, and the Twenty-first Century's Greatest Dilemma（来るべき波：テクノロジー、パワー、21世紀最大のジレンマ[仮訳]）」という新刊本（英語）が、来る9月5日に発売されます。大々的にキャンペーンをやっているようで、その書評があちこちにでていますので、紹介したいと思います。ここでスレイマンが言う「波」とは、「人工知能と合成生物学という2つの中核的な技術によって定義されるもの」ということです。まず、この本について寄せられているコメントです。論客として知られるビッグネームの推薦で、これだけで読んでみたくなります。邦訳も発売されることでしょう。「魅力的で、よく書かれた、重要な本。」—ユヴァル・ノア・ハラリ「必読書」—ダニエル・カーネマン「前例のない時代を乗り切るための優れたガイド。」―ビル・ゲイツまず、著者のムスタファ・スレイマンについて。ムスタファ・スレイマン（Mustafa Suleyman、1984年8月生まれ）は、イギリスの人工知能研究者、起業家。グーグルが買収し、現在はアルファベットが所有する人工知能企業ディープマインド（DeepMind）の共同創業者であり、応用AI部門の元責任者である。現在は、Inflection AIのCEO。彼の言う「波」とは、人工知能 (AI) と合成生物学であり、今後10年は、この強力で急速に普及する新技術の波によって支配されるだろうと予測しています。

新型プログラマブル・ヌクレアーゼ

全体に公開・2023/08/28

プログラム可能な部位特異的ヌクレアーゼは、合成生物学を代表するツールの一つです[注]。これを用いるゲノム編集技術関係の話題は、大雑把に４種類あると思います。ゲノム編集関係のニュースは、これらの４つのどこにポイントがあるか、考えてみるとわかりやすいと思います。 ①デリバリー。ゲノム編集ツールをどのように標的とするゲノムに届けるか、ということです。ツールを組み立てるのは容易なので、それをどのように細胞やその核など、標的となる核酸のある場所に届けるか、という点です。 ②ツール改良。オフターゲットなど特異性や効率に関わる改良です。意図した標的でないところも編集してしまったら、問題です。メカニズムや構造についての研究は、これを目的にしていることが多いです。③とも関係しているのですが、オフターゲットと一言で言ってしまうのもまた問題で、さまざま変なことが起こることがあるので、そうならないような技術も必要です。 ③結果の多様化。塩基を置き換えたり、大きく配列を換えたり、新しい配列を入れたりするような多様な編集結果をもたらす方法です。配列を置き換えるだけでなく、遺伝子発現を制御するといった違った使い方もあります。 ④ゲノム編集技術そのものの開発。Cas9以外のツールも次々開発されています[注]。DNAだけでなくRNAについての技術も含まれます。おそらく、「新しいゲノム編集生物ができた」といった最近の報道は、ゲノム編集そのものに新規性があるのではなくて、①の対象となるそれぞれの生物にゲノム編集ツールを届ける方法を工夫、開発したというところに本質があることがほとんどです。つまり、ゲノム編集技術そのものの開発ではないことが多いです。極端な場合、ヒトに適用したという話題も、技術の面だけからは、この①に相当する可能性が高いです。いずれにしても、利用頻度の高いCRISPR-Cas9だけでなく、④ゲノム編集技術そのものの開発ということで、CRISPR-Cas9とは全く違った方法があると、①から③が全く違う形で解決されてしまう可能性はあるのかもしれません。そんななか、8月10日、サウジアラビアのキング・アブドゥッラー科学技術大学 (KAUST) のグループが、PNAアシストpAgo編集（PNP編集）と称するArgonauteタンパク質を使った新しいプログラム可能な部位特異的ヌクレアーゼを開発し、Nuc. Acid Res誌に発表しています[1]。 Marsic T. et al. (2023) Programmable site-specific DNA double-strand breaks via PNA-assisted prokaryotic Argonautes. Nucleic Acids Res. gkad655. https://doi.org/10.1093/nar/gkad655 KAUSTは、サウジアラビア初の工科系大学であり男女共学制で2009年9月に100億ドル（1兆数千億円）で紅海側のメッカ近くに設立された大学で、まだ設立されたばかりですが、アジアで最も注目されている理工系大学の一つです。 Argonauteタンパク質ファミリーのメンバーは、原核生物の中では、古細菌と真正細菌の一部に見られますが、原核生物アルゴノート (pAgo) タンパク質は、バクテリオファージや接合プラスミドから侵入する遺伝要素を防御するための自然免疫システムとして機能します。 pAgoは、ヌクレアーゼドメインを1つしか持ちません。したがって、二本鎖切断の生成には、標的 DNA 配列の上鎖と下鎖上の 2 つのpAgo 複合体の結合が必要です。多くの研究者が、ゲノム編集のためのプログラム可能な DNA エディターとして pAgo を利用し、開発することを試みてきました。ところが、37℃といった生理学的温度ではpAgo活性が働かないため、真核細胞では利用できず、その使用は高温でも生存できる細菌に限定されていました。また、初期の研究での論文発表の結果が全く再現できなかったことから、その導入には慎重な研究者も多いという現状があります。

【日曜コラム】夏休みの思い出と合成生物学

全体に公開・2023/08/27

夏休みには、野や山でさまざまな生物に出会うことができます。最近は昔より環境が良くなったせいか、そういう機会はたくさんありそうなのに、安全、管理、規制のために、逆に自然や生物を身近に体験する機会は少なくなっているような印象があります。昔、ちょっとした街の駅前には、百貨店があって、その屋上にはペットショップもあったりしました。そこでは、金魚、熱帯魚、カメ、カブトムシ、鈴虫、やどかり、鳥、イヌ、ネコ、鉢植えの植物など、いろいろな生き物が販売されていたものです。ちょっとした遊園地みたいなものもあったりして、子どもたちがこういうものと触れ合うような場所にもなっていたと思います。夏祭りでは、金魚すくい、ザリガニつり、うなぎつり、ミドリガメ（ミシシッピアカミミガメ）はともかく、カラーひよこなんていうのもありました。こういうものも見かけなくなりました。

CAV-2ベクターによる遺伝子治療

全体に公開・2023/08/26

先週、組換えAAV（アデノ随伴ウイルス）ベクターによる最新の遺伝子治療の話題を紹介しました。このなかでも紹介したように、現在、組換えAAVによる遺伝子治療は、もっとも成功しており、そのいくつかは既に臨床応用されています。一方、組換えAAVには弱点があります。１つめは、これがヒトのウイルスであるため、ヒトに注入した場合、免疫反応を起こす、つまり異物として即座に認識されてしまい排除されてしまう可能性があることです。２つめは、セロタイプによって、感染細胞が大きく異るように、限定された細胞表面上のレセプターを認識しているために、使い方が限定的になるという点です。３つめは、挿入した遺伝子が実際に発現し始めるのに、数週間といった時間がかかることがあることです。４つめは、（原則として）大きなサイズの遺伝子を入れることができないという点です。そこで、AAVとは違った種類のウイルスベクターも検討されています。例えば、イヌアデノウイルス2型（Canine adenovirus type 2）をベースとした組換えCAV-2ベクターです。多くの神経細胞に、大きなサイズの遺伝子を発現させることができるのが特徴です。ドラベ（Dravet）症候群は、致死率の高い難治性の小児てんかん性脳症です。日本の厚生労働省の指定難病140で、国内の患者数は3000ほどと言われています。他のてんかんとは違って、薬物治療は限られています。

ヒューマン・ブレイン・プロジェクトの評価

全体に公開・2023/08/25

脳の構築も合成生物学が扱う対象です。ヒューマン・ブレイン・プロジェクト（Human Brain Project、以下HBP）は、今から10年前にヨーロッパを中心に開始されたヒトの脳のコンピューターモデルの構築を目指す国際プロジェクトです。 10年が経過し、この9月に終了するということで、Nature誌がその成果についての検証記事を発表しています。人間の脳をコンピューターで再現するためにヨーロッパは6億ユーロを費やした。その成果はいかに？ 6億ユーロは、約950億円になります。このプロジェクトについては、開始当初から、その内容やリーダーシップのあり方についての懸念が話題になり、開始直後に内容の一部の見直しが行われていました。この3月には、マルセイユで総括会議が開催されています。

エクイティを考慮する合成生物学

全体に公開・2023/08/24

Equity（エクイティ）という単語をご存知でしょうか？現代の企業理念に必須とされてきているDEI（「Diversity（多様性）」「Equity（公平性）」「Inclusion（包括性）」）のなかにあるEquityです。最近、科学研究や開発においても、Equityを考慮することが強く求められるようになってきています。 2023年8月22日、米国科学・工学・医学アカデミーと米国医学アカデミーが、「Toward Equitable Innovation in Health and Medicine」という報告書を発表しました。生物医科学、データサイエンス、エンジニアリング、テクノロジーの進歩は、健康と医療を変革する可能性を秘めたハイペースなイノベーションにつながっている。これらのイノベーションは同時に、その恩恵とリスクをいかに公平に配分するかなど、倫理的・社会的に重要な問題を提起している。全米科学・工学・医学アカデミーは、全米医学アカデミーと共同で、「保健・医療における新たな科学・技術・イノベーションの枠組みの構築に関する委員会」を設立し、変革的な技術の開発と利用を倫理的かつ公平な原則に合致させるための枠組みの構築において、リーダーシップを発揮し、広範なコミュニティを巻き込んだ。この委員会の報告書では、公平なイノベーションを推進し、より広範な人々のニーズに応え、不公平が生じた場合にそれを認識し対処することができるエコシステムを支援するために、イノベーションのライフサイクル全体を通して意思決定を行うためのガバナンスの枠組みが説明されている。報告書は、登録すると、無料で全文を入手することができます。この報告書では、健康と医療における遺伝子編集、再生医療、人工知能といった新興の科学、技術、イノベーションをEquityと整合させるためのガバナンスの枠組みを示しています。具体的に合成生物学、神経科学、バイオマニュファクチャリングといった合成生物学関係の分野をあげて、Equityの考慮が必要だとしています。合成生物学、神経科学、バイオマニュファクチャリング、通信などの分野は急速に進歩しており、医療や社会を変革する可能性のある技術を生み出しています。同時に、入院者数と死亡者数の格差や、新型コロナウイルス感染症パンデミック下で限られたワクチンや治療薬を公平に配布する際の課題は、誰が医療や医学の進歩から恩恵を受けるかについての著しい不公平を明らかにしている。まず、Equityという概念を理解することが、重要です。日本語では、公平性、衡平性などと訳されることがあります。しかし、このように訳されることで、公平という陳腐な概念として理解されたり、衡平という普段見かけない難解な概念として捉えられたりして、本来の意図が伝わらないということになってしまいがちです。特に大切なのが、Equality（平等）との区別です。下のイラストは、EqualityとEquityの違いを説明するのにしばしば見かけるものです（なお、このイラストは自由に使っても大丈夫だそうです）。支援する台を分配するのに、平等ではなく、背の小さな人により多く分配するというのがEquityの概念です。非常に簡単な実例では、薬の臨床試験に、多様な人種を含めるとか、大学への入学選抜のアファーマティブ・アクションのようなことがEquityの考え方を反映しているものです。そして、合成生物学を含めた研究・開発には、Equityを考慮することが強く求められるということです。報告書では、研究・開発に関わるEquityには次のようなものがあると分類しています。 - 話題のEquity：イノベーションのポートフォリオには、伝統的に不正義を経験してきた人々を含め、多様なコミュニティに関連するトピックを含めるべきである。 - イノベーターのEquity：イノベーターは、幅広い想像力と創造性を発揮できるよう、十分なサービスを受けていない、あるいは社会から疎外されているコミュニティのメンバーを含む、多様な人々を反映すべきである。 - インプットのEquity：開発および実施プロセスには、多様な代表からなるチームを参加させるべきである。これは、広範な利用者コミュニティにとって適切で関心のある製品を作り、影響を受けるコミュニティを尊重し、説明責任を高めるためである。 - 評価のEquity：新技術は、その有益性と有害性の評価における誤りを減らし、最終的な適用範囲を広げるために、多様な集団または代表的集団において評価されるべきである。 - 展開のEquity：伝統的に十分なサービスを受けてこなかったり、社会から疎外されてきたりした集団を含む多様な集団が、技術にアクセスし、利益を享受できるようにすべきである。 - 価値の捕捉のEquity：新技術から生み出される価値は、公正に捕捉され、分配されるべきである。 - 文脈のEquity：新技術は、過去の不正義を永続させるべきではなく、可能な限り過去の不正義に対処または是正すべきである。 - 注意のEquity：組織やイノベーターは、テクノロジーの展開方法におけるEquityを積極的に追求し、緩和することを含め、上記のEquityの懸念に留意すべきである。そして、以下のようなことが提案されています。

サステナビリティのための合成生物学

全体に公開・2023/08/23

合成生物学は、基礎科学だけでなく、医学、薬学、農学、工学、環境など、さまざまな領域が関わる動きです。日本国内で感じる課題としては、このような複数のディシプリンが関わることになると、それぞれの分野が壁を作ってしまい、協力関係ができないということががあると感じます。例えば、CRISPRという技術にしても、その基本は同じであるのに、それぞれの分野の間で交流がないまま、別々に検討されていくというようなことがあります。そんななか、今年の5月1日にスタンフォード大学医学、工学、持続可能性大学院が主催して開催された「Synthetic Biology for Sustainability（持続可能性のための合成生物学）シンポジウム」の様子を紹介したいと思います。

通信大手とスマート養殖、そして合成生物学

全体に公開・2023/08/22

8月20日、NHKが以下のように、NTTとソフトバンクといった通信大手の「陸上養殖」への参入を報道しています。海から離れた場所で「陸上養殖」通信大手各社が相次ぎ参入海から離れた場所で魚を育てる「陸上養殖」に、通信大手各社が相次いで参入しています。遺伝子のゲノム編集やAIといった最新技術を持つ異業種からの参入がさらに加速しそうです。

日持ちする高級メロン作出の本質

全体に公開・2023/08/21

筑波大学・つくば機能植物イノベーション研究センターのグループが、ゲノム編集技術を利⽤することで、収穫後の保存期間がこれまでより14 ⽇間延びたメロンを作出したというニュースを8月19日付けの毎日新聞オンラインで見かけました。エチレンは、果実の保存性を調節します。1-アミノシクロプロパン-1-カルボン酸オキシダーゼ（ACO）という酵素は、エチレン生産経路の最終段階です。ゲノム編集技術であるCRISPR/Cas9システムをこの酵素をコードする遺伝子に適用し、エチレン合成経路を改変することにより、日本の高級メロン（Cucumis melo var. reticulatus, 'Harukei-3'）の貯蔵期間の延長を試みたということです。実際の研究は、5月25日付けのFrontiers in Genome Editing誌に発表されています[1]。

【日曜コラム】先端技術はすぐに陳腐化する

全体に公開・2023/08/20

ウォーレン・バフェットの投資哲学をどう考えるのか、というのは議論のあるところだと思います。しかし、そういう目で、合成生物学関連の投資を考えてみるというのは大切かもしれません。彼がハイテク投資に積極的でない背景としては、おそらく、よく言われるこういう言葉と関係しているのかもしれません。「すぐに役立つ知識はすぐに役に立たなくなる。」「先端技術はすぐに陳腐化する。」「すぐに役に立つことは教えない。」さて、今月は、合成生物学ではパイオニアとして知られるAmyris社の破産申請、上場廃止、株価などが話題になっています。それはともかく、私が、この話題で感じるのは、なぜか、上の言葉なのです。「合成生物学は新たな産業革命の鍵となるか？」担当：山形方人

組換えAAVによる遺伝子治療の話題

全体に公開・2023/08/19

アデノ随伴ウイルス（AAV）ベクターは、安全性の高いウイルスベクターとして、眼科領域などの遺伝子治療に用いられています。今後も合成生物学の適用が期待されるツールです。承認された遺伝子治療製品 (2023年7月時点) 脊髄性筋萎縮症（SMN1）Zolgensma™、遺伝性網膜ジストロフィー（RPE65）Luxurna™など。 https://www.nihs.go.jp/mtgt/pdf/section1-1.pdf これは、①神経系など多様な細胞タイプへの効率的な遺伝子導入が可能であること、②非増殖細胞での長期間の目的遺伝子の発現が可能であること、③比較的大きなサイズの遺伝子の発現が原則的に可能であること、④セロタイプやプロモータの選択により、目的遺伝子を発現させる細胞を選ぶことができること、⑤ヒトのゲノムに組み込まれる頻度が比較的少ないこと、⑥もととなるAAVがヒトへの病原性が弱く、抗原性も比較的低い、などが理由です。また、比較的サイズが大きく複雑になりがちな「遺伝子編集」の仕掛けも組み込むことができます。今週はAAVを使った遺伝子治療について、興味深い報告を2件見かけましたので紹介したいと思います。

リチウムを合成生物学で集める

全体に公開・2023/08/18

日本の基幹産業である自動車産業、いつも使うスマホやパソコン。電気自動車やスマホのバッテリーなどに使う「白いダイヤ」リチウムの需要が増加し、リチウムが不足する可能性が指摘されています。リチウムは、地球上のどこにでもある元素ですが、チリやオーストラリアなどが採掘地として主な生産国になっています。チリではリチウム採掘により湿地が破壊され、環境問題になっているということです。ただ、こうしたリチウム資源のほとんどは、最終的に中国で精錬が行われているため、米国は経済安全保障の観点からリチウム集めに苦心しているようです。そんななか、米国カリフォルニア州の合成生物学企業Aether Bioが、タンパク質を使ってリチウムなどの元素を抽出するというプロジェクトのために、4900万ドル（約65億円）を調達したと報道されています。以下は、複数のWeb記事の情報によるものです。 Aether Bioは、2017年にカリフォルニア州のシリコンバレーに設立された会社で、ロボット工学、機械学習、合成生物学を利用することで、何百万もの酵素反応を設計することにより、新しい工業プロセスを開発しています。

【合成生物学ナビ】スタンフォードBioE80

全体に公開・2023/08/17

人工知能と合成生物学は次の産業革命のキーとなる科学技術だと言われています。ところが、日本国内では人工知能については多くの人が興味を持っているのに、合成生物学の方はあまり高い関心を持たれていない傾向があるのが現状であると感じます。合成生物学はある程度の知識や経験がないと、身近なものと感じたり、その意義を評価することが容易ではないと思います。わかるためには、ブラックボックスの部分もきちんと理解する必要があります。数日で生成AIのプロンプトエンジニアを自称できるというようなものではないです。そこで「合成生物学は新たな産業革命の鍵となるか？」では、【合成生物学ナビ】を合成生物学の原点に立ち返って、合成生物学の基礎を確認するために作りました。時々、挿入していく予定です。日本語、英語、基礎からかなり高度なものまで取り混ぜていきます。将来的には筆者独自の教材なども作成していきたいと思います。今回は、YouTubeで学べるJennifer BrophyとDrew Endyの両博士によるスタンフォード大学の合成生物学の視点での生物工学のコースBioE80を紹介してみたいと思います。

電子伝達系から考える生命の起源

全体に公開・2023/08/16

生命の起源は依然として科学における大きな未解決の問題の 1 つです。生物を作る合成生物学にとっても、生命の起源、つまり生物がどのように始まったか、についての理解は、さまざまな発想のきっかけになる可能性があります。生命の起源と初期の進化は、これまで、ボトムアップとトップダウンという2つの異なるパラダイムの下で研究されてきました。「ボトムアップ」では、初期の地球環境を想定し、今日の生物で見られるのと同じ種類の生体分子や代謝反応を作り出すことができる化学を探す室内実験、試料の研究、観測を通じて研究されてきました。このようなPrebiotic（プレバイオティック）化学と地球初期の地球化学は、生命がどのように「誕生できるのか」を実証することに成功しましたが、生命が実際にどのように誕生したのかについては明らかにできていません。「トップダウン」では、現在や過去の生命体のデータに基づいて初期の生命体がどのような姿をしていたかを再構築していきます。このような進化生物学の技術を使用することで、現在も生物に保存されている「遺伝子」があったところまでは研究ができますが、生命の起源のさなかや直後に起こったステップを調査することはできません。ボトムアップとトップダウンの２つの研究アプローチは、生命の起源を発見するという共通の目標があるものの、それぞれ限界があるために、生命の起源の謎に迫れずにいます。オハイオ州のオーバリン大学とカリフォルニア工科大学NASAジェット推進研究所 (JPL) の研究者らが、8月14日、Proc Natl Acad Sci U S A.誌に発表した新しい論文は、電子伝達系が、初期進化の歴史とそれに先立つ原細胞段階との間の架け橋となりうるとして、この方法論的なギャップを埋めようとしています[1]。 Electron transport chains as a window into the earliest stages of evolution https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2210924120 電子伝達系は、細菌からヒトに至るまで、生物によって利用可能な化学エネルギーを作るために使われているシステムのひとつです。

がんのDNAを見つけるセンサー細菌

全体に公開・2023/08/15

合成生物学の大きな可能性として、ヒトの病気を見つけ、それに対処するようなバイオセンサーの開発があります。抗体やPCRを用いた検査で、がんや感染症を見つけることは、既に行われています。違った検査方法はないものでしょうか？また、見つけた後、薬の投与や手術といったまったく別の手段を使わずに、治療や予防に自動的に取り掛かることができるようなアプローチはないものでしょうか。今回紹介する開発は、そんな可能性を想像させるものです。オーストラリアとカリフォルニア大学サンディエゴ校の研究グループが、生きた生体内の腫瘍DNAの存在を検出するデザイナー細菌を作製し、8月11日発行のScience誌に発表しました[1]。 Cooper, R.M. et al. (2023) Engineered bacteria detect tumor DNA. Science. 381, 682-686. https://www.science.org/doi/10.1126/science.adf3974

アミリス、戦略的変革計画の一環として破産申請

全体に公開・2023/08/14

2023年8月9日、Amyris社（ナスダック：AMRS）は連邦破産法第11条の適用を申請し、自社を売却すると同時に消費者向けブランドを閉鎖すると発表しました。進行中の戦略的変革をさらに推進し、長期的な成功に向けて位置付けるために、運営および財務の再編を進めるとしています。 Amyrisは、2003年にカリフォルニア大学バークレー校の研究者によって、サンフランシスコ・ベイエリアで設立された合成生物学業界では最も有名かつパイオニア的な企業のひとつです。 2005年、ビル＆メリンダ・ゲイツ財団から助成金を得て、抗マラリア薬・アルテミシニンの前駆体「アルテミシニン酸」の酵母を用いた産生技術を開発し、フランスのビッグファーマであるSanofiにライセンス供与しています。 2010年には、「Amyris Biotechnologies, Inc.」から「Amyris, Inc.」に変更し、ナスダックに上場しました。また、サトウキビを原材料とするスクアレンを使ったスキンケア製品の「Biossance」（美容）や「Pipette」（幼児用）、Rebaudioside Mを使った砂糖代替甘味料の「Purecane」といった3つの消費者向けブランドを展開してきました。

【日曜コラム】科学への支援と科博クラファン

全体に公開・2023/08/13

8月第2週は、「合成生物学産業に必要なのはインフラとスケールアップ」「合成生物学DAOが油脂酵母の研究を支援」の中で、研究開発を支援するために、ベンチャーキャピタル、既存の大企業、政府、さらにはDAO（分散型自律組織）というような形の実例を紹介しました。また、8月第2週は、｢国立科学博物館｣のクラウドファンディングが行われ、開始後1日も経過しないうちに、目標の1億円を達成し、更に増加していて話題になっています。 Businessinsiderの三ツ村崇志さんが指摘しているように、「日本に寄付文化は作れるか？」というところが、やはり本質的な課題のような気がします。ちなみに、合成生物学との関係では、こういう方向もあります。

何もわかってない遺伝子のデータベース

全体に公開・2023/08/12

ヒトゲノムには約2万個のタンパク質がコードされていますが、その多くは何をやっているのか不明です。細菌にも機能不明のタンパク質は数多くあります。合成生物学の展開には、ビルディングブロックであるこのようなタンパク質の理解も大切です。ところが、現在の研究費の分配と論文の査読システムでは未知のものについてはリスクがあるとして敬遠されてしまいます。機能的あるいは臨床的に重要であるというエビデンスのあるタンパク質の研究だけを大きく支援しがちです。また、よく知られているタンパク質ほど、抗体、低分子阻害剤、細胞株、モデル生物などの状況が充実していることもあり実験しやすいです。こういうツールを作るといった地味なところから研究を始めないといけない無名のタンパク質の研究は多くの研究者に好まれません。また、タンパク質の役割が、実験室という環境では観察できない可能性もあります。その結果、科学研究は、よく研究されているタンパク質の話ばかりになってしまいます。しかし、研究されていないタンパク質を無視することに問題があることは明らかです。このような問題について、いくつかの取り組みがあります。例えば、米国NIH のIllumination the Druggable Genomeイニシアチブ、Pharos、Harmonizome、neXtProt などのデータベースです。 https://www.nextprot.org/ そんななか、英国MRCのグループが、ほとんど知られていないタンパク質についてのデータベースunknome（アンノーム）を作製し、8月8日付けのPLoS Biologyで発表しています[1]。

合成生物学DAOが油脂酵母の研究を支援

全体に公開・2023/08/11

DeSci（ディーサイ、分散型科学）は、ブロックチェーン技術などのクリプトを活用することで、科学研究に対する研究費支援、そして科学的知識の創造、審査、認定、保管、普及のための、民主的なインフラの形成を目指す動きです。このことで、より民主的な知財管理戦略を促進し、研究プロジェクトの資金提供やトランスレーションへの支援者の直接の参加を奨励します。合成生物学の分野でも、この運動が広がっています。バイオ系でも、長寿研究のVitaDAOやmoleculeといったDAO（分散型自律組織）が稼働していますが、合成生物学分野で熱心なのが、ValleyDAOです。以下、ValleyDAOの説明です。 ValleyDAOは、地球の未来を守るために、気候変動と食糧に関する合成生物学技術に資金を提供し、公正なアクセスを可能にするオープンコミュニティです。私たちは、民主的な意思決定によって統治されるコミュニティ所有の組織の一員となる機会を与えることで、合成生物学エコシステムの参加者に力を与えます。 https://twitter.com/valley_dao このDAOでは、1つのプロジェクトあたり最大25万ドル（3000万円）の支援まで行うことを計画しているようです。

ヒアルロン酸を作るデザイナー酵素

全体に公開・2023/08/10

糖鎖は、核酸、タンパク質、脂質と並ぶ4大生体高分子の一つで、「第3の生命鎖」と呼ばれます。糖鎖も、核酸やタンパク質と同じように、構成するユニットがつながってできているという点では共通しています。一方で、通常の核酸やタンパク質と違うのは、鋳型なしで合成されるという点です。また、その構造は、ユニット（単糖）と結合の組み合わせが多くあることから、非常に複雑です。糖鎖といっても、細菌、植物、動物にもありますし、多くの糖タンパク質に付加されているNリンクの糖鎖のようなものから、グリコーゲン、アガロース、セルロースのようなものもあります。有用な機能を持つものもあり、そのような糖鎖を合成生物学的に作ることは基礎的にも産業的にもさまざまな可能性があると考えられます。ヒトを含めて動物の生体内に広く分布しているヒアルロン酸（hyaluronic acid、ヒアルロナン）は、グリコサミノグリカン（ムコ多糖）の一種です。ヒアルロン酸の分子量は多いと200万に達すると言われ、皮膚、軟骨、眼球、神経系などで、組織構築だけでなく細胞生物学的にも重要な役割をしています。その構造は、N-アセチルグルコサミンとD-グルクロン酸の２つの糖のユニット[GlcNAcβ1-4GlcAβ1-3]が直鎖状に繰り返され、分岐や他の修飾もない単純なものです。ヒアルロン酸は、糖鎖のなかでも広く利用されていて、実用性のあるものになっています。変形性関節症、目の治療、美容を目的とした注射の一部については、米国のFDAなどによる医療承認があります。また、保湿成分として化粧品に添加されています。一方で経口摂取としての利用は否定的な意見が多いです。ヒアルロン酸の世界市場規模は2020年で96億ドル，2027年には165億ドルに拡大すると予測されています。さて、ヒアルロン酸は、ニワトリのトサカなどの動物組織から抽出して生産されています。動物組織からは性能の良い高分子量のヒアルロン酸が得やすく、方法が改良されつつも重要な供給源になっています。また、ヒアルロン酸を作る微生物も存在し、連鎖球菌のStreptococcus zooepidemicusなどの病原性細菌の変異株などを用いるヒアルロン酸の発酵生産も可能ですが、こちらは分子量が小さく、良質のヒアルロン酸を得ることができません。

合成生物学産業に必要なのはインフラとスケールアップ

全体に公開・2023/08/09

バイオ燃料、バイオプラスチック、医薬品、繊維製品、培養肉、ゲノム編集食品。。このような合成生物学製品を世の中に普及させる際の「さまたげ」となっているのは何なのでしょうか？ 7月24日付けのフォーブス誌にSynBioBetaの専属ライターであるJohn Cumbers氏が、「生物学で解決できない問題はない…経済学を除いて」という論説を執筆しています。今回は、この論説のポイントをみてみたいと思います。世界中の大学や企業の合成生物学者は、バイオマニュファクチャリングを利用して、現在は持続不可能に調達されている何百もの材料を生産できることを示しました。合成生物学を使えば、基本的に何でも作ることができるとして、そこに大きな問題があるわけではないという意見です。

培養肉辞典

全体に公開・2023/08/08

今回は、合成生物学の一つの話題である培養肉についての世界での現状を知るための辞典としました。培養肉を扱っている企業のサイトをまとめることで、どこでどんなことが行われているのか、大雑把に理解するきっかけとなると思います。【保存版】「培養肉」とは一体何なのか 🌐世界の活動（企業を中心に） New Harvest （🇺🇸、2004）細胞農業の分野に特化した寄付金による研究機関であり、培養動物製品を取り巻く科学的研究の進歩にフォーカスを当てています。その研究は、工業的畜産生産に関連する増大する環境的および倫理的懸念を解決することを目的としています。

ダイナミックレンジの広いプロテイン・バイオセンサー

全体に公開・2023/08/07

日常の生活に関係ある内容ではなく、合成生物学に関わる生体分子についての研究をどのように紹介するのか、というのは難しいです。合成生物学で出てくる生体分子の働きは、機械とか電子回路みたいなものとして理解すると、直観的にわかると思います。そして、どんなことに利用できるのか、想像してみると楽しいかもしれません。タンパク質バイオセンサーは、細胞生物学や神経科学といった基礎科学領域でますます重要なツールになりつつあり、臨床応用やさまざまな産業のあり方のゲームチェンジャーとなる可能性を秘めています。 Design principles of protein switches https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959440X21001263 The present and the future of protein biosensor engineering https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959440X22001038 今回紹介するのは、7月27日付けのNature Nanotechnology誌に掲載されたオーストラリアのクイーンズランド工科大学（Queensland University of Technology）のグループが開発した広いダイナミックレンジを持ち、速く応答する人工的なアロステリックタンパク質スイッチです[1]。ダイナミックレンジとは、ある信号の最大値と最小値の差です。音声では、音量の最大値と最小値の差です。画像では、明るさの最大値と最小値の差です。ダイナミックレンジが広いほど、より多くの音量や明るさを表現することができます。そして、生化学でタンパク質の性質を学べば必須の単語を確認します。人工的なアロステリックタンパク質スイッチを作製し、生物学的あるいは非生物学的なシステムに接続された情報処理ネットワークに組み入れることは、合成生物学およびバイオナノテクノロジーの重要な目標です。しかしながら、狙っているような入力、出力、性能パラメーターを持つタンパク質スイッチを設計することは難しいとされています。今回、クイーンズランド工科大学のグループは、大きなダイナミックレンジと速い応答速度を持つタンパク質スイッチを作り出しました。このスイッチでは、合成したアロステリック部位がお互いに影響し合うことで、バックグラウンドのノイズを最小限に抑えたOFF状態が得られるとしています。

【日曜コラム】日本の理工系学部の変革トレンド

全体に公開・2023/08/06

マサチューセッツ工科大学（MIT）やハーバード大学を歩くと、日本の理工系の大学と非常に違う雰囲気があります。MITはオタクっぽい気配、ハーバードはおしゃれな雰囲気がするのですが、共通するのは、女子学生が非常に多いということです。学生の男女比が1:1なので当然そういうことになるわけです。さて、最近、日本の政府が国内大学の理系学部拡充に対して大きな支援を行っています。また、国内大学のもうひとつの動きとして、工学系の組織名の変更ということもちらほら見られます。工学系の学科での理学部的な名称への変更です。例えば、ノーベル賞受賞者も輩出してきた京都大学工学部の工業化学科は、令和6年4月より理工化学科へ名称を変更するということです。

直流電流で遺伝子スイッチ・オン

全体に公開・2023/08/05

何らかのシグナルをきっかけに遺伝子の働きをオンにして、その遺伝子にコードされたタンパク質を作る。こういう制御スイッチは生命現象のあらゆる場面に見られます。そして、これを応用して、自由自在に遺伝子を制御できるような誘導スイッチを作ることは、合成生物学では長年行われてきました。高校の生物学でも習うラクトースオペロンは、ラクトースを感知すると遺伝子の活動（転写）がオンになるものです。このプロモータの下流に外来遺伝子をつなげば、その外来遺伝子の発現をラクトースをトリガーとして制御できるようになります。こういうトリガーですが、工学的に利用する場合、生体内にどこでもあるような物質ですと、バックグラウンド、ノイズ、副反応があってうまくいきません。そのため、しばしば利用されるのは、限られた細胞で使われるホルモン、他の生物が作る抗生物質などの低分子化合物をトリガーにすることです。低分子化合物の結合タンパク質をDNA組換え酵素や転写因子などと組み合わせて、特異的に遺伝子の転写制御ができる誘導スイッチを組み立てることができます。しかし、ウェアラブルのような形でこういう方法を利用するのは不便な点が多いと思われます。一方、このような低分子化合物ではなく、光、磁場、電波、熱など物理的なトリガーを用いるような誘導スイッチも開発されてきています。熱では、いわゆるヒートショックを利用することが可能ですが、細胞にダメージを起こしたり、場所が広がってしまうのが難点です。近年、光遺伝学というような光で操作するような手法が数多く開発されてきています。しかし、光は生体組織の深いところに届けるのが難しく、あまりに強い光は細胞に悪影響を与えます。そこで考えられるのが、電気で操作可能な遺伝子発現スイッチです。細菌や哺乳類細胞にでの先駆的な試みは細胞培養で行われてきました。しかし、電気感受性化合物の細胞毒性、高電圧の交流電流を必要とするなどの深刻な課題も残され、臨床の場でも使えるようなバッテリー駆動のウェアラブルへの応用にはまだまだでした。今回、スイス・バーゼル大学のMartin Fusseneggerのグループは、7月31日付けのNature Metabolism誌で、ヒト細胞の感知システムを組み込んで、バッテリーからの直流電流を使い目的の遺伝子を活性化するインターフェースを開発し、これを直流電流作動性制御技術（direct current-actuated regulation technology：DART）と名付けて発表しました[1]。このDARTの原理は以下のようなものです。

合成生物学版ベル研をめざすアシモフ研究所の動向

全体に公開・2023/08/04

ボストンにあるアシモフ（Asimov、あるいはアジモフ）は、2017年、Chris Voigt 、Doug Densmore 、Alec Nielsen、Raja Srinivasが、ベンチャーキャピタルAndreessen Horowitz（a16z）とDARPA（国防高等研究計画局）からの支援を受け設立した企業です。2016年4月にScience誌で公表されたCelloで用いられたアイデアをもとに、最先端の合成生物学と計算ツールを統合することを目指してきました。この8月2日に、MIT-Broad Foundryチームが、Asimov に加わったことを公表しています。「ファウンドリFoundry」という名前は廃止し、 Asimov Labsという名称に切り替えるようです。Asimovの以下のブログによれば、Bell Labs、HP Labs、Xerox PARCといった歴史的に高く評価されている研究開発組織を意識しているということで、「アシモフ研究所」と訳してみたいと思います。 MIT-Broadファウンドリは、2012年に設立されました。そして、千を超える異なる分子や材料、さらには回路やセンサーなどの遺伝子デバイスを製造するための経路と生きた細胞を設計してきたということです。今回、このバイオファウンドリがアシモフ研究所となり、ロボットを使用して何千もの細胞をスクリーニングすることではなく、目標は遺伝子の設計を確立することになると述べています。つまり、細菌、哺乳動物細胞、その他あらゆる生物のシステムを設計する時の実装のリスクをゼロにしたいということです。以下、上のブログから、この研究所が目指していることの説明として気になる部分を引用します（自動翻訳を用いているので、日本語が変な部分がありますがご容赦ください。ブログ原文を読むことを推奨します）。

ヒトHeLa細胞をめぐる和解なる

全体に公開・2023/08/03

ヒト由来の最初の細胞株として知られるHeLa細胞（ヒーラさいぼう）は、がん、ウイルス、タンパク質、遺伝子、薬剤、放射線などの研究に利用されてきました。この細胞の経緯については、Rebecca Skloot氏執筆による「不死細胞ヒーラ　ヘンリエッタ・ラックスの永遠なる人生（2011年、講談社）」という本に詳しいです。 Stat Newsは、次の5つをHeLa細胞の医学上の重要な貢献としています。どれも合成生物学と関わりの深い貢献で、他にも数多くの重要な貢献があると思います。 ①少女たちを癌から守るワクチン（子宮頸がんワクチン）　②細胞が若さを保つ方法を示す（テロメラーゼ）　③ポリオ撲滅　　④ヒトゲノムのマッピング　⑤ウイルス学分野の創設さて、一般に、増え続ける不死化した細胞株をヒトから樹立することは、マウスからに比べて難しいとされています。HeLa細胞は、1951年に子宮頸癌で亡くなったアフリカ系アメリカ人女性ヘンリエッタ・ラックス（Henrietta Lacks, 1920-1951）の腫瘍病変から分離され、株化されたものです。細胞の採取はボルチモアのJohns Hopkins病院で本人に無断で行われ、没後にHenrietta Lacksから命名されました。 https://ja.wikipedia.org/wiki/HeLa%E7%B4%B0%E8%83%9E 世界で初めて樹立されたこのヒトの細胞株は、まもなく医学に大きく貢献することになりました。この細胞株を樹立したGeyらは、HeLa細胞でポリオウイルスを増殖させることに成功しました。そして、この細胞株は世界中に配布され、広く用いられることになったのです。とても良く増殖するので、他の細胞を培養している時に紛れ込むという形で、別の細胞を培養しているはずが、実はHeLa細胞だったというような例もあるようで、混入するので注意しないといけない細胞株でもあります。一方、患者のHenrietta Lacksは、同年、死亡しました。しかし、夫のDavid Lacksや子どもたちは、Henrietta由来の細胞が研究に利用されていることも長年知ることがありませんでした。こうして、医学や生物学の発展に貢献したHeLa細胞ですが、大きく2つの問題があります。１点目の問題は、患者本人にも、家族にも何の連絡もないまま、このように配布され研究に利用されてきたことです。また、細胞には遺伝子DNAがあり、個人情報が含まれています。その情報がインフォームドコンセントなしに、世界中で利用されることになってしまったのです。しかし、当時、インフォームドコンセントという概念はなく、その後に問題になったわけです。２点目は、患者から採取された試料が、経済的価値を持つようになったということがあります。この細胞を用いて、新しい科学的発見や知的財産が生まれたり、製品の生産にこの細胞を利用するというケースがでてきたということです。そして、このような価値について、患者にどのような利益が与えられるか、ということです。しかし、未だに、この点については議論が定まっていません。こちらに10年前である2013年までの経緯が説明されています。そんななか、8月1日に、ヘンリエッタ・ラックスの家族（子孫）とHeLa細胞を利用した製品の販売で多大な利益をあげてきたとされるサーモ・フィッシャー・サイエンティフィック（Thermo Fisher Scientific）の間で和解が成立したというニュースがありました。

絶滅生体分子から抗菌物質を探す

全体に公開・2023/08/02

De-extinction（絶滅種の復活、絶滅種の再誕、絶滅種の蘇生）とは、遺伝子や生殖の操作技術を用いて、絶滅した種の個体を再び生み出すことです。マンモスの復活など絶滅した生物を現存する環境に再導入するというアイデアは、一般社会や科学者の想像力をかきたてますが、倫理的・生態学的に重大な問題が残されています。一方、絶滅分子復活（molecular de-extinction）は、生物の遺伝子によってコードされなくなった核酸、タンパク質、その他の化合物など、「絶滅した生体分子」を復活させることです。これは、絶滅した生物がかつて存在した時に利用されていた分子や仕組みが、現在の地球環境においても利用できるかもというアプローチです。現存の生物の遺伝子にも、そういう名残りのようなものがあるかもしれません。例えば、気候変動や感染症など、太古に存在していた環境や病原菌などに対して生き延びるために、当時の生物にあった仕組みを、現代に蘇らせて活用できる可能性があります。過去に絶滅した個体を復活させるのではなく、分子や仕組みだけを利用することなら、倫理的・生態学的な議論も少ないものと思われます。さて、多くの生物では、抗菌ペプチド（AMPs、antimicrobial peptides）と呼ばれる短いタンパク質が見られます（通常10〜60アミノ酸、両生類の皮膚分泌物、ヘビ毒、昆虫毒、腸内細菌など）。これらの抗菌ペプチドは、すでに臨床利用されています。そんななか、ペンシルバニア大学のグループが、現代人（Homo sapiens）と、絶滅したネアンデルタール人（Homo neanderthalensis）とデニソワ人（Denisovan）のタンパク質に関するデータに機械学習を適用することで、病気を引き起こす細菌を殺すことができる抗菌ペプチドを特定することができたと、7月28日付けのCell Host & Microbe誌で報告しています[1]。 https://doi.org/10.1016/j.chom.2023.07.001

マラリア原虫対策のための遺伝子ドライブ

全体に公開・2023/08/01

マラリアは、蚊が媒介するマラリア原虫という寄生虫で発症します。 2021年、全世界のマラリア患者数は2億4,700万人、死亡者数は619,000人と推定されています。日本国内では、1960年代になるまで多くの患者が見られました。米国でも1950年

2023-07-31

バックナンバー2023年7月

バックナンバー合成生物学は新たな産業革命の鍵となるか？

合成生物学とAIで老化防止薬を見つける

全体に公開・2023/07/31

合成生物学と人工知能の連携は、これからの大きなトレンドであることは確かです。本トピック「合成生物学は新たな産業革命の鍵となるか？」でも、そういう例をいくつか紹介してきています。 2022年秋に設立されたIntegrated Biosciences社は、合成生物学と人工知能の連携を狙うバイオテクノロジー企業で、次世代治療薬のための細胞ストレス応答を対象にしています。サンフランシスコ・ベイエリアに拠点があります。その創業者は、Felix WongとMaxwell Wilsonです。 Felix Wongは、2023年度のForbes 30 under 30のHealthcare部門にも選ばれています。このIntegrated Biosciences社の研究は、合成生物学と人工知能の連携で抗老化作用のある全く新しい化学構造を持つ新規物質を見つけることです。 Integrated Biosciences社は、最近、2つの興味深い論文を発表しています。この２つの論文を見ることで、この会社が行おうとしている合成生物学と人工知能の利用とは何かということが理解できます。 Wong, F. et al. (2023) Discovering small-molecule senolytics with deep neural networks. Nat Aging 3, 734–750 https://doi.org/10.1038/s43587-023-00415-z Batjargal, T. et al. (2023) Optogenetic control of the integrated stress response reveals proportional encoding and the stress memory landscape, Cell Systems https://doi.org/10.1016/j.cels.2023.06.001　https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.05.24.493309v1 マウスでは、老化細胞（分裂しない細胞）を選択的に除去（senolysis）することで健康寿命を延ばしたり、化学療法の効果を高めることができることが知られています。「老化細胞を溶かす薬」は老化細胞を選択的に除去できるので有用であるはずです。老化細胞を標的としたこのような方法は、Senolyticsと言われています。しかし、その臨床応用は、生物学的な知見が乏しく、副作用もあることから、臨床応用には限界がありました。

【日曜コラム】徳川家康と合成生物学

全体に公開・2023/07/30