人工生命の実現へ人間は大きな一歩を踏み出した

人工生命の実現へ人間は大きな一歩を踏み出した

自然界には存在しないまったく新しい「生命」を、人間は自らの手で設計し作り出すことができるのでしょうか? 30年ほど前から続けられてきた「人工生命」の研究が、大きな一歩を踏み出そうとしています。

人工酵母菌ゲノム開発計画(Synthetic Yeast Genome Project)に携わる研究者たちは、酵母菌の全ゲノムを構成する16の染色体のうち6つの合成に成功したことを、Scienceで報告しました。酵母菌ゲノムを構成する染色体の3分の1以上を、人の手による人工物に置き換えることに成功したのです。

研究者が最初の人工ゲノムの構築に成功したのは2008年。J.C.ベンター研究所が細菌マイコプラズマ・ジェニタリウムの582,970個すべての塩基対ゲノムを完全にゼロから作り出した、人工生物学の驚異的な成果でした。101個のDNA断片を慎重に設計し、それらのコードが重なり合ってくっつくように、断片を1つずつ結合させなくてはならない大変な仕事でしたが、それも最終的に人工真核生物を作り出す過程における、数多くのステップの一つにすぎませんでした。

生物学者たちは現在、茶色くならない遺伝子組み換えリンゴや、死に至る病を引き起こす変異の修正など、DNAの大規模な遺伝子操作を行なっています。しかし、生物のすべてのゲノムを合成することは、自然に対する人間の支配が、前例のない領域に入ることを意味します。

「実にエキサイティングだ。研究者たちは、最も難しい課題に取り組んできた。酵母菌ゲノムの残りの3分の2は、これまでよりもずっと速く人工物となるだろう」 と、ヒトやブタの染色体を研究するハーバード大学の遺伝学者George Churchさんは、研究の飛躍的な進歩を予測しています。

パン酵母菌の活躍

ところで、なぜ酵母菌のような単細胞菌の人工塩基対が、これほどの騒ぎになるんでしょう?

パン酵母菌は、人工生物学において決定的な役割を果たしています。酵母菌は、人間と重要な細胞プロセスを多く共有する単細胞の真核生物であり、人工生物学者は近年、バイオ燃料や医薬品の製造に役立つよう、酵母菌の操作を行なってきました。

人工染色体の完全なセットは、基礎生物学の重要な問題に光を当て、より複雑な生物のゲノムを合成するための足がかりとなるうえ、さらに有用で効率的なデザイナー酵母菌を作ることを可能とします。例えば、酵母菌株を操作して高アルコール環境下でも生存するように最適化し、より効率的にエタノールを生産できるようになるかもしれない。

「酵母菌の染色体のすべてを人工物で置き換えることができれば、多くのことが可能となる」と、この研究には関与していないScripps Research Instituteの遺伝学者Eric Topolさんは述べています。 「生物学の大きな進歩だ。私たちはあらゆるものに酵母菌を使用している」

ゲノム合成を加速するソフトウェア

このゲノム合成の実現にあたり、人工酵母菌ゲノム開発計画に携わる世界中の研究者たちは、5種類の酵母染色体の人工版作成のために特別に設計されたソフトウェアを使用しました。 BioStudioと呼ばれるこのソフトウェアは、人工染色体そのものと同等の大きな成果を上げており、将来的にゲノム合成をさらに容易にするとみられます。

研究者はBioStudioを用いて、研究と産業の両方に活用できる新しい染色体を作り出すために、遺伝的反復の領域の除去や、DNAをある染色体から別の染色体に交換するなど、既存の酵母DNAの多くの微調整を行いました。その後、デザイナーDNAを小さなかたまりで化学合成し、大きなかたまりにまとめ、最後に染色体全体に組み込みました。

染色体設計の研究の目的

今回の研究論文の著者の1人、ジョンズ・ホプキンズ大学の生物医学技術者Joel Baderさんは、「いかにして染色体を作り出すのか、遺伝子はなぜこのような組織となっているのか、といった生物学的な問題に答えを見出すこと、そして低分子医薬品の製造などの応用研究という2つの目的のために、染色体を設計したいと考えた」と、研究の目的を明らかにしています。

何千年もの間、人間は酵母を操作して野生の菌株をビールやパンに変換してきました。現在の目標は、酵母菌の遺伝的青写真を再編成し、最終的には自然が与えた欠陥のある設計要素を除去するように最適化された細胞を作り出すことです。

これまでのところ、人工染色体には完全にエラーがないわけではなく、いくつかのオフターゲット効果(本来の標的とは異なる別のゲノム部位を阻害、あるいは活性化してしまう効果)がありましたが、新しい染色体は、ほとんど研究者の期待通りに機能してくれました。 「方法が理解できたので、研究はきわめて速く動いている」と、Baderさんは、2〜3年の内に、16の染色体を合成して組み立てられると予測しています。

ただし、研究者が酵母菌ゲノム全体を合成するという素晴らしい功績を達成したとしても、完全に合成された生物を作り出すことはできません。単なるゲノムが生命となるには、途方もない隔たりがあるからです。 DNAは遺伝物質を符号化する分子でしかなく、細胞には細胞質など、その他の部分があります。ゲノムはコンピューターの操作説明書のようなもので、実際にプログラムを実行させるには、残りの部分が必要です。

短期的には、人工酵母菌ゲノムは、ワクチンや医薬品、より持続可能なバイオ燃料の製造のためのデザイナー酵母菌の創造につながる可能性を秘めています。将来的には、遺伝子をオーダーメイドするデザイナー生物デザイナー人間さえも生まれるかもしれません。

ゲノムの編集と合成:2つのアプローチ

スタンフォード大学の生命倫理学者Hank Greelyさんは、ゲノム全体の合成が、既存のゲノムを編集するよりも、ゲノムに修正を施すための効率的な方法であるかどうかは、依然として明確ではないと述べています。

「10年後、ゲノム編集技術CRISPRを使って何千もの塩基対を変えたり、ゲノムをゼロから作ることが、より簡単で安価になるかどうかは、まだ開発途上にある技術に依存する問題だ」

Baderさんは、ゲノムの編集と合成という2つのアプローチを、相互に補完的に利用すべきとの見解です。「だれかが書いたものに間違いを見つけて、編集したくなることもあるし、ゼロから始めなくてはならないときもある」

山積する倫理的問題

いずれにせよ、ゲノム合成には、CRISPRにまつわるものと同じ種類の倫理的問題が山積しています。本当に人工生物を作ることができるとなれば、人間は、どこまで自然に干渉すべきなのか? そして、技術が良い目的のために使われていると、いかにして確認できるのか?

文明とは、神の領域に関するものだ。問題はするかしないかではなく、いかに賢明な方法でやるか、にあることを理解する必要がある」と、Greelyさんは問題を提起します。人工生命の実現に向かって大きく踏み出した科学技術の一歩は止めようがない以上、倫理的、哲学的な考察や議論が、いっそう求められることになるでしょう。

top image: Trinset/ Shutterstock.com
source: Science, Synthetic Yeast Genome Project, Science Daily, The Verge, LA Times, Science 2, New Atlas, Scientific American

Kristen V. Brown - Gizmodo US[原文
(Glycine)

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