合成生物学者のトム・ナイト氏は、「21世紀は生物学工学の世紀になるだろう」と述べた。彼は合成生物学の創始者の一人であり、合成生物学分野のスター企業であるギンコ・バイオワークスの創設者5人のうちの1人でもある。同社は9月18日にニューヨーク証券取引所に上場し、時価総額は150億ドルに達した。
トム・ナイトの研究対象は、コンピュータから生物学へと変化した。高校時代から夏休みを利用してMITでコンピュータとプログラミングを学び、学部と大学院もMITで過ごした。
トム・ナイトは、ムーアの法則がシリコン原子の人間による操作の限界を予測していることに気づき、生物に目を向けた。「原子を正しい場所に配置する別の方法が必要だ…最も複雑な化学とは何か？それは生化学だ。タンパク質のような生体分子を使えば、必要な範囲内で自己組織化して結晶化させることができると思う。」
工学的な定量的・定性的な思考を用いて生物学的オリジナリティを設計することは、新たな研究手法となっている。合成生物学は、人類の知識における飛躍的な進歩と言えるだろう。工学、コンピュータ科学、生物学など、様々な分野が融合した学際的な分野として、合成生物学の始まりは2000年とされている。
今年発表された2つの研究において、生物学者にとっての回路設計という概念が、遺伝子発現の制御を実現した。
ボストン大学の研究者たちは、大腸菌内に遺伝子トグルスイッチを構築した。このモデルはわずか2つの遺伝子モジュールのみを使用している。外部刺激を制御することで、遺伝子発現のオンオフを切り替えることができる。
同年、プリンストン大学の科学者たちは、3つの遺伝子モジュールを用いて、それらの間の相互抑制と抑制解除を利用することで、回路信号における「振動」モードの出力を実現した。
遺伝子トグルスイッチの図
細胞ワークショップ
会議で、人々が「人工肉」について話しているのを耳にした。
コンピューター会議のモデルに倣い、自由なコミュニケーションのための「非会議型自主運営会議」では、参加者たちがビールを飲みながら雑談を交わした。「合成生物学」にはどんな成功事例があるのか？インポッシブル・フードの「人工肉」について言及する人もいた。
インポッシブル・フードは自らを「合成生物学」企業と称したことは一度もないが、他の人工肉製品と差別化を図る中核的なセールスポイントである、ベジタリアン肉に独特の「肉」の匂いを与えるヘモグロビンは、約20年前にこの新興分野から生まれたものだ。
この技術は、単純な遺伝子編集を用いて酵母に「ヘモグロビン」を生成させるというものです。合成生物学の用語を用いると、酵母は人々の要望に応じて物質を生産する「細胞工場」となるのです。
肉が鮮やかな赤色で、独特の香りがするのはなぜでしょうか？インポッシブル・フード社は、肉に豊富に含まれる「ヘモグロビン」がその理由だと考えています。ヘモグロビンは様々な食品に含まれていますが、特に動物の筋肉に多く含まれています。
そのため、同社の創業者であり生化学者でもあるパトリック・O・ブラウンは、動物の肉を模倣するための「重要な調味料」としてヘモグロビンを選んだ。植物からこの「調味料」を抽出するにあたり、ブラウンは根にヘモグロビンが豊富に含まれている大豆を選んだ。
従来の方法では、大豆の根から「ヘモグロビン」を直接抽出する必要があります。1キログラムの「ヘモグロビン」を得るには、6エーカーもの大豆が必要です。植物からの抽出はコストがかかるため、インポッシブル・フーズ社は新しい方法を開発しました。それは、ヘモグロビンを合成できる遺伝子を酵母に組み込むというものです。酵母が増殖するにつれて、ヘモグロビンも生成されます。例えるなら、微生物のスケールでガチョウに卵を産ませるようなものです。
植物から抽出されるヘムは、「人工肉」バーガーに使用されている。
新技術は、栽培における天然資源の消費を削減しながら、生産効率を高めます。主な生産原料は酵母、砂糖、ミネラルであるため、化学廃棄物もほとんど発生しません。そう考えると、これはまさに「未来をより良くする」技術と言えるでしょう。
人々がこの技術について語る時、私はそれが単なる単純な技術だと感じます。彼らの目には、遺伝子レベルからこのように設計できる素材があまりにも多すぎるように映るのでしょう。生分解性プラスチック、香辛料、新薬やワクチン、特定の病気に対する農薬、さらには二酸化炭素を利用したデンプンの合成まで…。私はバイオテクノロジーがもたらす可能性について、具体的なイメージを抱き始めました。
遺伝子の読み取り、書き込み、および改変
DNAは生命の源からすべての情報を運び、生命の数千もの形質の源でもある。
現代では、人間はDNA配列を容易に読み取り、設計図に基づいてDNA配列を合成することができる。会議では、2020年のノーベル化学賞を受賞したCRISPR技術について何度も耳にした。この「遺伝子の魔法のはさみ」と呼ばれる技術は、DNAを正確に特定して切断することで、遺伝子編集を実現する。
この遺伝子編集技術を基に、多くのスタートアップ企業が誕生している。がんや遺伝性疾患といった難病の遺伝子治療に取り組む企業もあれば、ヒト移植用の臓器培養や疾患の検出に活用する企業もある。
遺伝子編集技術は急速に商業化され、バイオテクノロジーの大きな可能性が認識されるようになった。バイオテクノロジー自体の発展論理から見ると、遺伝子配列の読み取り、合成、編集が成熟した後、次の段階は当然、遺伝子レベルから設計して人間のニーズを満たす物質を生産することである。合成生物学技術もまた、遺伝子技術の発展における次の段階と理解できる。
エマニュエル・シャルパンティエとジェニファー・A・ダウドナという2人の科学者は、CRISPR技術で2020年のノーベル化学賞を受賞した。
「多くの人が合成生物学の定義に執着してきました…工学と生物学の間でこのような衝突が起こっています。そこから生まれたものはすべて合成生物学と呼ばれるようになったのだと思います」とトム・ナイトは述べた。
時代を遡ると、農耕社会の始まり以来、人類は長年にわたる交配と選抜を通して、望ましい動物や植物の形質を選別し、維持してきた。合成生物学は、遺伝子レベルから直接、人類が望む形質を生み出すことを目指す。現在、科学者たちはCRISPR技術を用いて、実験室でイネを栽培することに成功している。
会議の主催者の一人である奇極（Qiji）創業者の陸奇（Lu Qi）氏は、オープニングビデオの中で、バイオテクノロジーはかつてのインターネット技術と同様に、世界に大きな変革をもたらす可能性があると述べた。これは、インターネット企業のCEOたちが退任時に生命科学への関心を表明していたことを裏付けるものと言えるだろう。
インターネット業界の大物たちがこぞって注目している。ライフサイエンスというビジネストレンドはついに到来するのだろうか？
トム・ナイト氏（左端）とギンコ・バイオワークスの他の4人の創業者｜ギンコ・バイオワークス
昼食中に、あるニュースを耳にした。ユニリーバが9月2日、2030年までにクリーンな製品の原材料から化石燃料を段階的に排除するために10億ユーロを投資すると発表したというのだ。
プロクター・アンド・ギャンブル社は今後10年以内に、同社が製造する洗濯洗剤、洗濯粉末、石鹸製品に、植物由来の原料や二酸化炭素回収技術を段階的に導入する予定だ。また、同社はバイオテクノロジー、二酸化炭素、その他の炭素排出量削減技術の研究資金として、さらに10億ユーロを基金に拠出した。
このニュースを私に伝えてくれた人たちは、ニュースを聞いた私と同じように、10年未満という期限に少し驚いていました。技術の研究開発から量産までが、そんなに早く完全に実現するのだろうか、と。
でも、それが実現することを願っています。
投稿日時：2021年12月31日