ロボットは絶え間なくガタガタ音を立て、数十個の反応容器をセンチメートルごとに動かします。その上には、ヒップフラスコほどの大きさのもつれたボトルが吊り下げられており、そこから生命の遺伝子の成分が容器に絶えず浸透し続けます。成分は、生命の設計図をコード化する分子である DNA の化学構成要素です。レーゲンスブルク バイオパーク内にあるレーゲンスブルクの会社 Geneart の部屋では、デザイナージーンの組み立てラインが止まることはほとんどありません。 CEO のラルフ ワグナー氏によれば、「必要に応じて 1 日 24 時間、年中無休」で稼働します。 「合成生物学」ビジネスは繁盛しているが、それはクレイグ・ベンター氏が上口蓋骨の人工細菌染色体用の合成遺伝子セット全体を発注して以来だけではない。
私たちはヒトゲノムの解読をめぐって公的研究機関と競い合ったクレイグ・ベンターについて話しています。インターネット上でゲノムのコードを公開した Craig Venter 氏より (30 ページの短い肖像画を参照)。そして、クレイグ・ヴェンター氏は、コンピューターを再プログラムするのと同じように、レーゲンスブルクの遺伝子芸術などを使用して、細胞を遺伝的に完全に再プログラムする準備を進めている。それは合成生物学の壮大で物議を醸す偉業となるだろう。ワーグナーではなく、ヴェンターのために。レーゲンスブルクの住人にとって、このキャッチフレーズは「30年前から知られている遺伝子技術を他の手段を使って継続する」ということにほかならない。あらゆる種類の控えめな表現を含むステートメント。なぜなら、他の人はこの試みをもっと素晴らしいと評価しているからです。
たとえば、ボストン大学のジェームス・コリンズ氏は、生物学における「革命」を認識しています。そしてこれは、「合成生物学」という用語の定義が決して明確ではなく、個々の研究グループの目標が互いに大きく異なるという事実にも関わらずです。ワグナーが言うように、「従来の生物を変えて、新しい薬やワクチンを見つけて効果的に生産する」というのが、現実的な方法なのです。彼らは生物学と工学を組み合わせたいと考えており、標準化された遺伝子組み換えキットのような生物学的構成要素を作成したいと考えています。ヴェンター氏が代弁する他の人々もこれを望んでいるが、それは人工生命にほかならない。 「合成生物学は、今後 20 年間であらゆる種類の製品を生産するための標準になるだろう」と彼は最近、ミュンヘンでの会議で予言した。これにより、とりわけ、人類のエネルギー問題がきれいに解決されるはずだ。
さらに、ローマの生化学者ピエール・ルイジ・ルイージやジョバンニ・ムルタスなども人工生命の研究に取り組んでいるが、そのアプローチは全く新しいもので、つまり、人工遺伝子と人工タンパク質のシステムによって、40億年後の真の第二の創造につながる可能性がある。ウィーンの国際対話・紛争管理機構（IDC）の生物学者で安全保障研究者のマルクス・シュミット氏は、「まさにそのような戦略こそが、私たちの通常の生命観を根本的に変えることになるだろう」と語る。
テレビの価格で 1 つの遺伝子
上プファルツ州の「遺伝子アーティスト」は、生命の進化に関するそのような学術的な問題にはほんのわずかしか興味を持っていません。 Genart は世界有数の遺伝子メーカーです。レーゲンスパーク バイオパークにある立方体型の社屋のほとんどすべてが、ワーグナー氏が熱弁するように「優れたハイテク技術」です。 2000 年代の変わり目の頃、遺伝子の生産は「構成要素あたり 7 ユーロ以上と非常に高価」でした。1,000 ～ 2,000 の構成要素を持つ平均的な長い遺伝子のコストは 7,000 ～ 14,000 ユーロでした。生産プロセスの自動化と最適化の増加により、現在コンポーネントの価格はわずか 80 セントであり、価格は下落傾向にあります。割引価格により「市場が開かれた」とジェネアートの社長は言う。そして、SynBio は決定的なキックを与えました。カスタムメイドの遺伝子が今やフラットスクリーンテレビと同じくらい手頃な価格で入手できるようになりました。
同社は毎月 200 万個のビルディング ブロックを合成できます。これはあらゆる種類の実験の原料となり、数年前よりも 10 ～ 100 倍の速度で実行できるようになりました。たとえば、遺伝子内の特定の変異の影響をすぐに解明できます。これは、とりわけ医学研究において重要です。遺伝子の構成要素を交換することによって、ワクチンの有効性と安全性を大幅に向上させることもできます。レーゲンスブルクの科学者たちは合成生物学を利用して、エイズの病原体である HIV に対するワクチンを製造しました。ラルフ・ワグナー氏によれば、ウイルスの遺伝子の一部の配列は、裸の遺伝物質で構成されるワクチンが「免疫系を効果的に刺激して、少なくとも部分的に人々を感染から守る」ように変更されている。この製品はすでに人間の被験者を対象とした最初の安全性研究に合格しているが、特にエイズワクチン開発における大きな挫折を考慮すると、成功の可能性を評価することはまだできない初期段階である。
ウイルスで治す
このような一見地味な成功は、今でも合成生物学の基礎となっています。ボストン大学のジェームス・コリンズ氏もこのことを知っています。しかし、博士課程の学生であるティモシー・ルーとともに、彼は先見の明のある可能性を示唆する遺伝子システムを設計した。それは、ルーが言うように、バイオフィルムは細菌の集合体であり、「ぬるぬるした層」で覆われているというものだ。細菌を破壊する抗生物質は、この保護バリアを通過することが困難です。だからこそ、ボストンのチームは細菌のみを攻撃するウイルスであるファージに頼っているのです。しかし、細菌に到達して細菌を殺すためには、ファージがまず粘膜層を破壊する必要があります。だからこそ、Lu 氏は、対応する酵素の設計図を保持する合成生物学ツールを使用して、遺伝子を T7 ファージに迅速に移植しました。ディスペルシン B は単にバイオフィルムの殻を溶解するだけです。特別なのは、遺伝子のタイミングを非常に正確に設定できるため、本当に必要な場合にのみ活性化することです。最初のテストで、研究者らは大腸菌のバイオフィルム上にデザイナーファージを放出した。その過程で、「99.99パーセントの微生物が死滅した」とルー氏は説明する。
遺伝子構築キット
現在、ボストン在住の 2 人は、さまざまな細菌に感染するさまざまなファージの一種のライブラリーを作成したいと考えています。コリンズ氏が言うように、モジュールの原則、つまり「プラグ アンド プレイ」に従ってバリアントを構築します。遺伝子モジュールは、さまざまなバイオフィルムを「破壊」するための適切な酵素を常に生成するように組み合わせる必要があります。このような有機的な構成要素は、SynBio のアイデアの中心的な要素です。 「機械工学やコンピュータ技術には標準化されたモジュールが長い間存在してきました」とラルフ・ワグナーは述べ、目標を次のように述べています。エンジニアが必要に応じて、電極、変圧器、抵抗器からヘアドライヤーやラジオを組み立てることができるのと同じです。将来のバイオエンジニアは、オーダーメイドの遺伝子モジュールからあらゆる種類の応用のための生物学的システムを作成できるようになります。従来の遺伝子技術のように個々の遺伝子を変更するだけではなく、遺伝子システム全体を変更できるようになります。
レーゲンスブルクの会社もこの分野で積極的に取り組んでいます。例: 遺伝子の配列には、たんぱく質の設計図だけではありません。遺伝子の中または前の文字列には、その「発現」、つまり配列をタンパク質分子に変換するためのさまざまな指示も含まれています。それらは、例えば、膵臓が適切な用量でホルモンのインスリンを産生するように、問題のタンパク質がどの程度産生されなければならないかを制御します。しかし、医薬品生産のための工業用発酵槽では、活性タンパク質の最大収量が重要です。 「私たちは、タンパク質の生産を最適化するために、タンパク質の設計図に組み込むことができる特定の配列モチーフを特定し、標準化しました」と Wagner 氏は言います。適切に標準化されたコントロール DNA 配列を使用すると、遺伝子の弱い発現または中程度の発現も、まさに望みどおりに刺激できます。製薬業界向けに販売するための対応する特許はすでに登録されています。
特許取得済みの寿命
Craig Venter にとって特許も大きなトピックです。予防措置として、2007 年 5 月末に、米国の科学者は、マイコプラズマ研究所と呼ばれる、まだ目覚めていない人工極小細菌に装備するすべての遺伝子の特許を取得しました。特許登録の歴史は、2000 年代の変わり目にまで遡ります。当時、メリーランド州ロックビルの研究チームは、マイコプラズマ・ジェニタリウムという細菌の遺伝子を系統的にノックアウトし始めました。この細菌は、天然に存在するゲノムの中で最も小さいものの 1 つを持っています。目標: 生物が生き残るために絶対に必要な遺伝子を調べます。背景: ゲノムが小さいほど、実験室での生物の取り扱いが容易になり、その後の生産プロセスでの利用が容易になります。数年にわたる人為的な選択プロセスにより、最小の生物が作成されるための特許取得済みの配列が得られました。ヴェンターが成功すれば、マイコプラズマ・ラボラトリームは、もはや自らの利益のためではなく、完全に人間の意図に従って代謝する最初の生物となるだろう。
580,000個もの構成要素からなる完全な人工細菌ゲノムが実際に組み立てられることを証明するために、研究者はGeneartなどの遺伝子合成会社に依頼し、5,000から7,000個の構成要素からなるDNAの小片を彼のために製造してくれた。ベンターチームは、革新的なプロセスを使用して、これら 101 個の遺伝子断片を徐々に組み立ててより大きな鎖にし、最終的には完全に人工的な細菌染色体を完成させました。マイコプラズマ・ジェニタリウムに感染性を与える遺伝子といくつかの追加遺伝子を除けば、新しく作られたものは自然モデルと似ています。純粋に技術的な観点から見ると、この作品は合成生物学の猟兵作品に相当します。 DNA の断片が大きくなるほど、分解が早くなります。 「このような灯台プロジェクトは、ハイテク科学技術を理解して一般に公開するために必要です」とラルフ・ワグナー氏は言う。しかし、レーゲンスブルク在住の同氏は、「今のところ化学物質は大部分しか存在していない。まだ生きていない」と言う。
ヴェンター氏は相変わらず楽観的で、できるだけ早く状況を変えたいと考えている。彼はすでに最終段階に取り組んでいます。 2007年、彼のチームはマイコプラズマ・ミコイデスのゲノムを近縁の原虫マイコプラズマ・カプリコルムに完全に移入することに成功した。この特殊なタイプの移植は、150,000 個の細胞のうちの 1 個でのみ機能しました。しかし、彼らの子孫はマイコプラズマ・ミコイデスに特徴的なタンパク質を生成しました。同様に、科学者らは人工染色体を別の細菌に移植して、それが引き継ぐことを計画している。さらなるステップとして、ヴェンター氏はマイコプラズマ研究所からDNAを合成し、それに応じてゲノムを移すことを計画している。最近ミュンヘンでアメリカ人が説明したように、この最小の生物は、あらゆる種類の操作のためのプラットフォームを提供し、有機廃棄物や温室効果ガスCO2から他の環境に優しいエネルギー源から純粋な水素を生成するように細胞をプログラムすることができるだろう。物議をかもしている起業家にとって、合成バイオ燃料微生物は初めての「数十億ドル規模の生物」だ。
セルが再作成される
生物学の複雑さを認識しているラルフ・ワグナー氏は、それまで「あと数年はかかる」と見ている。カリフォルニア大学サンタクルーズ校の生物物理学者デビッド・ディーマー氏にとって、ベンターのアプローチは人工生命の基準さえ満たしていない。むしろ、彼はそれを既存の生物を根本的に操作する試みであると考えています。ゲノムは人間によって作られますが、細胞の殻とその基質である細胞質は人間によって作られません。もう一つの批判点は、「マイコプラズマでさえ、遺伝子の20パーセントの機能は不明である」と、ナッシュビル（米国）のヴァンダービルト大学のトニー・フォースター氏は嘆く。「したがって、実際に何が起こっているのか分からない」。
フォースターは、合成生物学という用語をより革新的な方法で解釈するエリート科学者グループに属しています。彼らのアイデアは、単に人工遺伝物質を細菌に移植するのではなく、すべての細胞システムを再作成する必要があるということです。野心的な計画です。しかし、イタリアのローマトレ大学のジョバンニ・ムルタス氏は最近、顕微鏡で小さくてやや形が崩れた脂肪の塊とその緑色の輝きを見たとき、合成最小細胞に向けて決定的な一歩を踏み出したことを悟った。緑色の輝きは、小さな球体自体がタンパク質を生成することを証明しました。これはすべての細胞の必須の能力であり、生命の他のすべての側面にとって重要です。多くのステップの中のほんの 1 ステップではありますが、この発見は想像力を刺激し続けるでしょう。 「このボトムアップのアプローチによってのみ、非生物材料から新しい生物システムを作り出すことができます」とムルタス社のボス、ピエール・ルイジ・ルイージ氏は言う。
酵素の構築が分裂するとき
イタリア人がこれまでに開発したのは、膜に包まれた小さなリポソームだ。それらには、36 の酵素のシステムと分子タンパク質工場 (リボソーム) が含まれています。 「これら 36 種類の酵素はタンパク質を生成します」と Luisi 氏は言います。彼らは遺伝子の暗号に従ってそれを行います。イタリア人は、科学者たちが細胞の機能を実現するまでにはまだ長い道のりがあることを認めた。次のステップは量子飛躍となるでしょう。つまり、酵素の構造を化学的に拡張して、最終的には分割することです。
しかし、その場合でも完全な遺伝物質が必要となり、それも細胞分裂のたびに倍増する必要があります。たとえば、Geneart DNAを使用したヴェンターの人工染色体、またはルーヴェン・カトリック大学の生化学者ピート・ヘルデワインが現在作成している、従来のDNAやRNAとは何の関係もない完全に人工の遺伝物質が考えられます。このようなシステムは、環境の持続可能性の特殊な形態である自然の遺伝子と相互作用することができません。人工遺伝物質は「ヘキシトール核酸」（HNA）です。これは明らかに化学的に安定しており、DNA と同様に次の世代に受け継ぐことができる分子です。 「化学とは人工遺伝物質のことだ」とベルギー人は確信している。 「十分な資金が得られれば、数年以内にこれを実現できます。」 ■
クラウス・ヴィルヘルム（左）は、研究中に魅惑と恐怖の間で揺れ動いた。フォルカー・シュテーガー選手は「Geneart」で写真撮影を許可されました。
クラウス・ヴィルヘルム（文）、フォルカー・シュテーガー（写真）
タイトルなし
知識を聞く: www.science.de の「ポッドキャスト」で「実験室からの人工生命」というテーマに関する専門家のディスカッションを見つけることができます。
クレイグ・ヴェンター
彼は不可能を可能にする男だと考えられています。 1990 年代、クレイグ ベンターは、自分の会社「セレラ」でヒトゲノムを解読したいと大々的に発表しましたが、2000 年に完了を報告しました。これは、生化学反応の自動化の標準を確立したハイテクの傑作でした。アメリカの生化学者の科学的および起業家としての評判には疑問の余地がありません。しかし、彼の倫理原則は批判にさらされている。ヴェンターは最初から遺伝子配列の特許を取得しており、これは遺伝物質の私有化に等しい。その後のプロジェクトでは、深海で未知の微生物を探索しました。パウル・エールリッヒ賞受賞者は現在、新たなユートピアの実現に取り組んでいる。それは、人類をエネルギー問題から解放し、同時に数十億ドルを稼ぐための人工生命の創造である。
コンパクト
· 人工生命の創造は、世界中のいくつかの研究グループの議題となっています。
· 目的は、新薬の開発だけでなく、生物学的生産からの原料や燃料の開発も目的としています。
· 新しい生物が実験室から出てくると、新たな安全上のリスクと倫理的課題が生じます。
安全性というデリケートな問題
生物兵器のことになると、ラルフ・ワーグナーは非常に不安になります。顧客の要望に応じて人工遺伝子を合成するレーゲンスブルクの会社ジェネアートの会長は、「危険物質の遺伝子が悪者の手に渡ったとしたら、想像もできない」と語る。リクエストが発生するたびに、注文の発送元の国が自動的にチェックされます。この結果は、Geneart によって拡張された連邦輸出管理経済開発局 (BAFA) のリストと比較されます。このリストには、いかなる状況においても供給すべきではない国がリストされています。第二に、BAFA の「Hadex リスト」は、最も広い意味でテロ組織に関連する可能性のある住所を指定しています。第三に、ワグナーが私たちに保証しているように、レーゲンスブルクの会社は「すべての順序付けられた遺伝子配列を、すべての潜在的に危険な遺伝子配列を含む常に更新される国際ファイル」と比較します。このような遺伝子は、BAFA が顧客が誰であるかを再度確認することにより、EU 諸国にのみ送られることになります。
しかし、このような厳格な規則がどこにでも適用されるわけではない。そのため、ハイデルベルクに本拠を置く「合成生物学産業協会」は、その広報担当である起業家のピア氏が、遅くとも2009年までに世界中で「国際データベースと注文を確認するためのスクリーニングソフトウェア」を調和させたいと考えているのだ。シュテーラー氏が発表した。 「これは急務です。なぜなら、たった 1 社の遺伝子合成会社が安全性の問題に手ぬるく対処すれば、業界全体が損害を受けるからです。」と彼は言います。
選ばれた3つのプロジェクト
· カリフォルニア州サンカルロスに拠点を置く会社 LS9 は、コーンシロップとサトウキビから燃料を生産するために、合成 DNA で大腸菌を再プログラムしました。生産は非常に効率的であるため、燃料は米国で 1 ガロンあたり 1.25 ドルで販売される可能性があります。しかし、この概念の大規模な実装にはまだ至っていません。
· カリフォルニア大学バークレー校のジェイ・キースリングは、代謝経路全体の遺伝子を細菌に組み込んでいます。この単細胞生物はマラリア治療薬アルテミシンを安価に生産すると考えられている。これまでのところ、この物質は中国由来の植物から得られていたが、現在は東アフリカでも栽培されている。
・化学大手デュポン社は、コーンスターチから織物用のハイテク繊維を安価に生産する遺伝子を合成し、細菌に組み込んだ。
トピックの詳細
読む
エド・レジス 人生って何? 「合成生物学の時代における生命の性質の調査」ファラール、ストラウス、ジルー、ニューヨーク、2008 年、約 19 ユーロ
倫理についてはどうですか？
「私たちは、子どもが井戸に落ちる前に、今すぐに、幅広い議論を始めたいと思っています」と、合成生物学の社会的影響を扱う SynBiosafe プロジェクトの責任者、マルクス・シュミット氏は言う。科学者たちは、2000 年代の初めから合成生物学の未来に取り組んできました。しかし、幹細胞の話題とは異なり、政治家や社会は合成生物学の影響をまだ認識していません。浸食・技術・集中に関するカナダ行動グループ（ETC）のジム・トーマス氏は、「テクノロジーの可能性は巨大だから、その影響は甚大になるだろう」と懸念する。
合成生物学は、ほぼすべての伝統的な生産技術に革命を起こす可能性があります。特に大企業は恩恵を受けるだろう。一方、発展途上国の小規模農家や生産者は、例えばマラリア治療薬のアルテミシンやゴム（どちらも植物性物質）が将来、人工デザイナー微生物によって生産された場合、破滅する危険にさらされる。
既存の国内および国際規制は、人工生物ではなく、既存の生命に適用されます。人工生物がどのように行動するかは誰にもわかりません。マルクス・シュミット氏は、「私たちは人生と起こり得るリスクを再定義する必要があるだろう」と要求しています。 Craig Venter 氏は、彼の将来の SynBio 微生物は、実験室でしか入手できない物質に依存しているため、自然環境では生存できないだろうと断言しています。しかし、批評家にとってはそれだけでは十分ではありません。
ワシントン大学シアトルの環境倫理学者アンドリュー・ライト氏にとって、合成生物学は両刃の剣だ。一方で、人工生物が放出されると予測不可能で環境を破壊する可能性があるため、合成生物学は高いリスクをもたらす。その一方で、合成生物学は、20世紀の環境に有害な技術から人類を解放する可能性があります。
