ゼロから組み立てた合成細胞が初めて成長・分裂
(quantamagazine.org)- 生命の起源を実験室で再現しようとする合成生物学研究が、成長・DNA複製・分裂を1つのシステムに統合する段階に到達した
- 今回の細胞は生きた細胞とは言い難く、リボソームと栄養分を外部から供給される必要があり、防御や廃棄物処理の仕組みも不足している
- Kate Adamalaの研究チームは、DNA複製システム、タンパク質生産酵素群、供給用リポソーム、分裂誘導膜タンパク質を組み合わせてspudcellを作った。研究はまだ査読前である
- 遺伝子を人工的に変えた細胞は、より大きく成長したり、より多くの娘細胞を作ったりできたが、ランダム変異に基づく自然選択はまだ実装されていない
- 研究チームはデータと方法を公開し、非営利団体Bioticを通じてツールを配布しようとしており、長期的には新素材・医薬品・生命起源研究に活用される可能性がある
非生物材料から生まれた細胞周期
- 生物学者たちは、非生物の構成要素を1つずつ細胞のような膜の中に入れ、分子の袋が生命に似た振る舞いを示すかを確認している
- 実験室で作られた合成細胞は、基本的な細胞周期の中核段階をまとめて実行する
- 成長
- DNA複製
- 分裂
- Jack Szostakは、生物学的構成要素で人工細胞を組み立てようとする試みの中で、ここまで進んだ例は知らないと評価している
- ただし、この細胞はいかなる定義でも生きた細胞ではない
- 継続的な餌の供給が必要
- タンパク質生産装置であるリボソームを外部から受け取る必要がある
- 防御システムと優れた廃棄物除去システムがない
- Sijbren Ottoは、死んだ構成要素から生きたものを作るという目標に大きく近づいたものの、まだ完全には到達していないと見ている
spudcellの設計と組み立て方法
- Kate Adamala率いるUniversity of Minnesotaの研究チームは、新しい研究で、すべての分子部品を実験室で作ったシステムによって合成細胞を構成した
- 研究はまだ査読前である
- Adamalaは2016年に研究室を立ち上げた際、独自のゲノムを使って完全な細胞分裂周期を進む合成細胞を構想した
- 設計基準は、知られているすべての細胞が共有する基本機能だった
- 成長する
- DNAを複製する
- 分裂する
- 進化する
- DNAをRNAへ転写し、タンパク質を作って細胞の作動に必要な仕事を行う
- 脂質膜の中に必要な材料を集めておく
- 研究チームは合成細胞にゲノムを作り、その機能を実行する材料もあわせて供給する必要があった
DNA複製と供給リポソーム
- 細胞本体の役割は、単純な脂質膜に囲まれた空の袋であるリポソームが担う
- 研究チームはまず、DNAを複製して娘細胞へ受け渡す最も基本的なシステムを構築した
- Hannes MutschlerとChristophe Danelonが先駆けたDNA複製システムを採用した
- DNAを読み取ってタンパク質を作れるようにする市販の36種類の酵素セットと連動するよう調整した
- 遺伝子の入れ替えと分子濃度の調整を繰り返し、情報伝達システムとタンパク質生産システムが一緒に動くよう最適化した
- 合成ゲノムは非常に小さく、食物とエネルギーを処理する代謝遺伝子や、細胞が必要とする複雑な分子の多くをほとんど含んでいない
- 不足する材料は別の供給リポソームに入れた
- 糖
- 脂質
- 酵素
- tRNA
- リボソーム
- 供給リポソームが合成細胞と出会うと膜が融合して内部物質を放出するよう、研究チームは細胞膜タンパク質を改変し、脂質の泡を引き寄せるようにした
- いくつもの調整を経て、細胞は成長し、DNAの複製を始めた
細胞骨格の代わりに選んだ分裂の迂回路
- これまでの研究では、合成細胞に栄養を与えて成長させ、DNAを複製する方法の一部は実装されていたが、細胞分裂はより難しい問題として残っていた
- 通常の細胞は、構造的な支持を提供するタンパク質繊維ネットワークである細胞骨格を再編成し、DNAを半分に分けて細胞を分割する
- Adamalaは細胞骨格を使わず、別のアプローチを選んだ
- Reinhard Lipowskyの論文で、膜にタンパク質タグを付けて別のタンパク質を集め、膜を物理的に曲げて細胞分裂を誘導するメカニズムを参考にした
- 細胞膜タンパク質を調整し、プロトセルで試験した
- 何度もの試行の末、分裂が機能した
- Job Boekhovenは、この研究がその分裂メカニズムをうまく示した大きな成果だと見ている
- John Glassは、DNA複製、供給リポソーム、分裂誘導タンパク質を組み合わせ、連動して機能するよう最適化したことが、合成細胞分野と生物学全般の分岐点になり得ると評価している
- Michael Lynchはこれを合成生物学のtour de forceだと見なしつつも、細胞がまだ自立的ではないため、誇張すべきではないと警告している
spudcellの選択実験と残された進化の課題
- 研究チーム内では、この合成細胞を当初Adamala cellsと呼んでいたが、Adamalaが別の名前を望んだため冗談のようにジャガイモを提案し、学生たちがspudcellsと呼び始めた
- 各細胞は非常に小さく、ゲノムも細菌のゲノムよりはるかに小さい
- 顕微鏡で見ると、特別な形ではなく単純な塊のように見える
- 研究チームは、細胞が成長して分裂した後、進化により近い段階へ進めるかを確認するため、合成細胞のDNAを操作した
- 一部の細胞がより大きく成長したり、より速く分裂したりするよう遺伝的変異を作った
- より大きく成長した細胞は、より多くの娘細胞を作り、集団内で増え始めた
- その特性が集団内で選択される最初の段階が現れた
- しかし、これは自然選択の明確な実装ではない
- 遺伝的変異はランダムなDNA変異ではなく、研究チームによる人工的操作で生じた
- DNA鎖を作る酵素があまりに正確なため、意味のある変異を十分に作らない
- 研究チームは、ゲノムの完全性と細胞機能を失わない程度にだけ誤りを起こす酵素を見つける必要がある
- Boekhovenは、明確な進化過程の実証がまだ欠けており、それが次の大きな段階になると見ている
- 別の種類の合成細胞では適応進化が見られたが、それらの細胞はゼロから作ったものではなく、最小限の遺伝子だけを残した細菌だった
生きた細胞との距離
- 合成細胞には、多くの原材料を外部から供給されなければならないという限界がある
- Szostakは、細胞が自然の細胞のように自前のリボソームを作れない点が、成長と継続的な繁殖の可能性を制限していると見ている
- 自前のリボソーム、タンパク質、RNAを作れるなら、既存の細菌のような生物細胞にずっと近づく
- Adamalaは、複製システムを改善するには細胞骨格を追加する方法も見つける必要があると見ている
- 現在の細胞は、分裂を助ける分子をかき集めるのに多くのエネルギーと時間を浪費している
- 現代の生きた細胞と比べると、今回の合成細胞は非常に原始的である
- Adamalaは現代の細胞をBoeing 787 Dreamlinerにたとえている
- 今回の細胞は100フィート飛ぶWright flyerにたとえられる
Bioticの公開と長期的な活用
- Adamalaと合成生物学者たちは、新しい成果とともに非営利団体Bioticの設立を発表した
- Bioticは、合成生物学ツールを世界中の研究者に提供するために使われる予定である
- 研究チームは、他の合成生物学者が細胞を作り改善できるよう、データと方法を公開した
- 長期的には、この取り組みは数十年後に次のような応用に使われる可能性がある
- 化石燃料なしでプラスチックを作る
- 肥料を作る
- 薬を作る
- spudcellは、地球の生命が始まったときに使っていたであろうはるかに単純な分子とは異なるが、非生物材料から合成細胞システムを作ったことは、生命の起源と生命維持の条件を実験室で探る上で、さらに一歩近づくものだ
1件のコメント
Hacker Newsの反応
Science Newsのほうが、同僚研究者からの追加引用を含めており、よりバランスの取れた見方を示している
一部では、Adamalaが研究への関心を集めようとしたやり方にも不満が出ていたという。彼女は、ある査読者がSpudCellsは本当の生物学ではないと言ったためCellに拒否されたと述べており、同僚が読んで評価できるbioRxivに載せる前に、190ページの原稿をエンバーゴ付きで記者たちに送っていた。近く新しいジャーナルに投稿する予定とのこと。Heidelberg Universityの合成生物学者Kerstin Göpfrichは「かなり異例のやり方」だと語っている
https://www.science.org/content/article/lab-created-spudcell...
https://www.nytimes.com/interactive/2026/07/01/science/spudc...
出版は遅れ、次の査読までさらに6か月待たされる。その間に別の研究室の「同僚」がほぼ同じ実験で少し良い結果を出し、プレプリントサーバーに上げて、すぐにトップジャーナルに載せてしまう。するとそちらが最新成果になり、元の研究者は元の研究を追試した人のように見えてしまう。要するに、政治がすべてを台無しにする
この分野がしばらく行き詰まっていたのはまさにここだった。Adamala以前の研究者たちは、合成細胞に栄養を与えて成長させる方法や、DNAを複製する方法は見つけていたが、細胞分裂は別問題だった
通常の細胞は、構造的支持を与えるタンパク質繊維の網である細胞骨格を再構成してDNAを半分に分け、分裂する。合成生物学者たちは、自分たちの細胞にこの複雑な過程を行わせる方法を見つけられなかった。そこでAdamalaは細胞骨格を捨てることにし、文献を調べる中で、Reinhard Lipowskyが、細胞膜にタンパク質の目印を付けて別のタンパク質を引き寄せ、膜を物理的に曲げて細胞を分ける仕組みを発見していたことを見つけた。Adamalaはこの手法に従って原始細胞の膜タンパク質を調整し、何度もの試行の末に成功した。ここが新しい部分だ
非専門家なので勘弁してほしい。アミノ酸やタンパク質をどこから得たのかが気になる。細胞が機能するには、それらは同じキラリティでなければならないと理解していたし、人工的に「ゼロから作った」アミノ酸は各キラリティが50:50になるものだと思っていた
NYTimesの簡略化された説明では、遺伝子を「ウイルスと一般的な微生物Escherichia coliから借りた」としていた。「ゼロから」という目標にどれだけ近づいたのか気になる。あるいは実際には、複数の部品を組み立てたというほうが近いのか知りたい
科学者たちか、その近しい誰かがWikiを作ったように見える: https://en.wikipedia.org/wiki/SpudCell
研究者たちがここまで直接広報するのは見たことがない気がする。興味深いアプローチだが、今後標準になるのだろうか
この研究を進めた組織はここ: https://biotic.org/
Bioticは、化学的・機能的に定義された合成細胞を開発する公益非営利研究機関だという。バイオテクノロジーの基礎的進歩を責任を持って可能にし、管理することが使命であり、世界最高水準のバイオテクノロジーが意味のある時点で、すべての人と地球の利益となるようにすることが目標だと紹介している。この特定の研究はUniversity of Minnesotaで行われたようだ
Adamalaが「生物学は次に何ができるだろう？」と言っていたが、さて、もしかすると、あらゆる生命を急速に破壊できる合成生命体を作れるのかもしれない
実際の原稿が気になるならここにある: https://www.biotic.org/research/spudcell/spudcell-manuscript...
数年前に右手型タンパク質実験を中止させたKate Adamala博士がこの研究を率いたという点が興味深い。あの時あれほど近づいていたことを考えると、今回成功したのも驚きではない
あまり知られていないかもしれないが、免疫系は左手型病原体を検知するだろうし、おそらくもっと攻撃的に反応する可能性すらある。感染に対抗する身体の二つの仕組みである発熱とオゾン分解は、明確に非キラル的だ。むしろ産業用途では、鏡像生命体をもっと早く推進すべきだとさえ言える。生物学的制御がより容易で、食べるものもないので、実験室から逃げ出す可能性もはるかに低くなる
2226年のニュース記事をたまたま見かけたと想像してみてほしい。Google、OpenAI、Anthropicのうち誰がAI競争に勝ったのか見ようとして読み始める
だが分かるのはBioticだ。いまや太陽系とその周辺で最も強力な政治主体となり、2084年にはAlphabet、OpenAI、Anthropicを1日で買収した。人間はもはや優先されず、種としての遺物的生存を保証する最適最小値にまで繁殖が制限されている。生産活動ではBioticは生体機械を好む。交通量がピークのときにドローンが子孫を残す様子を想像すればいい。エネルギーはより必要だが、工場も労働者も不要だ。放っておけば、機械は昔のように廃棄物として朽ちるのではなく、制御不能に増殖するだろう
一部は群れを成し、不可解な集合知に操られる巨大な移動構造物を建設している。記事は、この出来事が実際には約35億年前に起きたと記し、現在の集合知に購読を勧めている