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初めて、ゼロから作られた細胞が成長し分裂する

概要

  • 科学者たちが これまでで最も生命に近い合成細胞 を作成
  • 非生物的成分 を細胞様の膜に詰め込み、生命活動を模倣
  • 合成細胞は 成長・DNA複製・分裂 を実現
  • 自己持続性や完全な生命性は未達成
  • 今後の応用や進化研究への 新たな道筋 を提示

史上最も生命らしい合成細胞の誕生

  • 生物学者が 非生物的分子 を一つずつ細胞様の膜に封入し、生命活動を模倣する細胞を作成
  • 合成細胞は 成長・DNAの複製・分裂 という細胞周期の基本機能を持つ
  • これまでの人工細胞研究の中で 最も進んだ成果 との評価
  • 合成細胞は 生存に必要な栄養やリボソームの補給が不可欠 で、自己持続性は持たない
  • 生命を非生命から生み出すという 合成生物学の長年の目標 に大きく近づいた証拠

合成細胞の構築と技術的工夫

  • すべての分子部品を ラボで合成・最適化
  • リポソーム(脂質膜の小胞) を細胞本体として利用
  • DNA複製系は 他研究者の手法を改良し導入
  • 36種類の酵素で 遺伝子発現(DNA→RNA→タンパク質) を実現
  • 栄養やリボソーム等は別のリポソームで供給 し、細胞膜融合で内部に取り込む
  • 細胞分裂 は細胞膜のタンパク質タグと膜変形によって実現
    • Reinhard Lipowskyの研究を参考に、 タンパク質の群集で膜を物理的に曲げて分裂
  • これらのシステムを 最適化・統合して初めて分裂まで到達

進化・自己複製への挑戦

  • 合成細胞の DNAを操作し、成長や分裂速度に遺伝的多様性を導入
  • より大きく成長する細胞がより多く分裂し、 集団内で選択が起こる現象を観察
  • ただし、 DNA複製酵素が高精度すぎて自然変異が起きにくい ため、本格的な進化は未達
  • 今後は エラー率の高い酵素 の導入や、 細胞骨格の追加 が課題
  • 依然として 自己持続的なリボソーム生成や複雑な代謝経路 は未実現

合成細胞の意義と今後の展望

  • 現代の細胞(例えば細菌)には及ばないが、最も生命に近い人工細胞
  • 今後の研究で 自己持続性や進化能力の獲得 が期待
  • 新素材・バイオ燃料・医薬品の開発や生命の起源研究 への応用可能性
  • Biotic という非営利団体を設立し、手法やデータを世界中の研究者に公開
  • 合成生物学ツールのオープン化による 研究加速と国際協力 の推進

参考情報・関連リンク

  • spudcell(合成細胞)の詳細情報・データ公開ページ https://biotic.org/research/spudcell/

この研究は「生命の最小要件」や「生命誕生の謎」に迫るとともに、合成生物学の新時代を切り開く重要な一歩。

Hackerたちの意見

「死んだ部品から生き物を作るという聖杯に向けて、大きな一歩を踏み出した」と、オランダのストラティンヒ化学研究所のシステム化学者シジブレン・オットーが言ってた。これが聖杯なの? バイオ燃料やプラスチック、肥料、薬などを「育てる」ことが目標なのはわかるけど、それが想像できる多くの終末的なSF的結果に見合うものなのかな?

生物学者じゃないから確実には言えないけど、既存の生物を編集してその製品を作る方が、ゼロから作るよりずっと簡単そうに思える。今は精密発酵というプロセスでこれをやってるし、CRISPRや関連技術でゲノム編集がかなり上手くなってきてるから、どんどん良くなってるよ。 https://en.wikipedia.org/wiki/Precision_fermentation

そうだね、機械的に生命を構築することは科学にとって素晴らしいことだよ。現代のSFの本当の悲劇は、みんながその本を読んで現実だと思い込んじゃったこと。「ペニシリン?!生きている細胞を殺す真菌の毒?!『The Last of Us』ってSFゲームやったことないの?」物語は物語だよ。物語の論理は面白い話に偏ってるし、「自然界からの発見が人間の目的に向かって素晴らしい結果をもたらす」ってのは、今の時代には面白くないからね。

これは印象的な一歩だけど、細菌と同じくらいの複雑さを持つ細胞を設計・合成できるようになるまでには、数十年の長い道のりが残ってる。彼らが作ったものは、適切な溶液に置くと成長して自分の構造を再生産する結晶よりは生きてるけど、最も単純な生物細胞よりもずっと生きてない。彼の「生命」は、脳死の人間のそれに似ていて、機械が空気を肺に送り、栄養を血管に送って死なせない状態にある。これを作るために開発された技術は、最終的には本物の細胞を作る技術に進化するかもしれないし、実験から貴重な情報が得られる可能性もあるけど、これが生物の祖先と何らかの形で似ている可能性は非常に低い。なぜなら、これは外部から複雑な細胞成分や栄養を継続的に受け取ることに依存しすぎているから。簡素な寄生生物は、すでに十分に複雑な生物の宿主が存在する時にしか現れないだろうし。このものの一部は自分自身を再生産しながら成長しているけど、結晶もそうだから、何が生きていて何が生きていないかを確実に区別する基準を選ぶのは難しい。成長は2つの小胞に分かれるような形で進むけど、それは生物細胞とは非常に異なるメカニズムで起こる。多くの無機物は、あるサイズを超えると分裂するから、これを生きていると呼ぶのは難しいね。

それが聖杯なの? もし物を分解して再構築できるなら、それを理解していると言えるよね。完璧には理解していないけど、理解している。基本的な細胞生物学をしっかり理解することには、何か特典があると思うよ。(それに、聖杯って、利益と代償の両方を意味するのかな?それともインディ・ジョーンズだけの話?)

ジュラシック・パーク見たことないの?

もう、この場所の皮肉にはうんざりだよ。何か面白いことや役に立つことをすると、誰かが「終末を作ろうとしてる」とか言ってくるんだ。

これの一つの有用な応用は、私たちの細胞と相互作用しない物質で作られた生命だと思う。人工的な塩基やヌクレオチドとかね。そうすれば、非生物的な自己複製ロボットができるかも。

そうだよね、いつか世界を吹き飛ばすのが簡単になるなんて想像してみて。人間を嫌ってる人がたくさんいるから、できるなら明日にもやるだろうね。技術の指数関数的な成長が最終的にはそうなる気がする。実際の核爆発じゃなくても、生物兵器とかね。人間を奴隷にしないといけないのかな、それってどうなるんだろう。

それが聖杯なの?一方では人工生命を作り、もう一方では人工知能を作ってる。人類が何千年も知ってきたことを、両方の端から同時にアプローチしてるんだ。それをゼロから再現してる。これは本当にすごいことだよ。皮肉なことに、この「聖なる」聖杯は、宗教的な創造神話をその位置に置くことになるだろうね(つまり、クソみたいなものだ)。だって、ペトリ皿で生命を再現したから、他の何十億、何兆の惑星でも同じことができるって100%確信を持って答えられるからね。生きてるって素晴らしい時代だよ。

同じく、数年前に右手系タンパク質の実験を終わらせたケイト・アダマラ博士がこれを主導してるのが面白いね。彼女がどれだけ近かったかを考えると、彼女がこれを成功させたのは驚きじゃないよ。

これすごい!この分野の人、細胞骨格を回避することの影響についてコメントしてくれない?

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