Scientists Create Artificial Cells That Eat, Grow, and Divide — But They're Not Alive

こんばんは。田中たなかです。今日きょうは、科学かがくの大きなおおきなニュースをお伝えおつたえします。

第1章: 人工細胞「SpudCell」の誕生

ミネソタ大学だいがくの研究けんきゅう者しゃが、「SpudCell（スパッドセル）」という人工じんこう細胞さいぼうを作りつくりました。[1] SpudCellは、生きいきているものからではなく、化学かがく物質ぶっしつだけから作らつくられました。[2][3] この細胞さいぼうは、食べたべて、大きくおおきくなって、DNAをコピーして、分裂ぶんれつすることができます。[3] つまり、細胞さいぼうの一生いっしょうを自分じぶんで行うおこなうことができるのです。[3]

研究けんきゅう者しゃのケイト・アダマラさんとアーロン・エンゲルハートさんがこの研究けんきゅうをリードしました。[2] SpudCellは、脂質ししつの膜まくの中なかに、36の酵素こうそと約やく90,000の塩基えんき対たいのゲノムを持っもっています。[2][6] このゲノムの大きおおきさは、生物せいぶつの最小さいしょうゲノムと考えかんがえられていた113,000塩基えんき対たいよりも小さいちいさいのです。[4]

第2章: SpudCellはどうやって働くのか

SpudCellは「フィーダーリポソーム」という小さなちいさな袋ふくろとくっついて、栄養えいようをもらいます。[5] 自分じぶんのDNAからタンパク質たんぱくしつを作りつくり、それでフィーダーリポソームと融合ゆうごうします。[9] 分裂ぶんれつの時ときは、細胞さいぼうの中なかの骨格こっかくを使わつかわずに、膜まくの上うえのタンパク質たんぱくしつが集まっあつまって、細胞さいぼうが二つふたつに分かれわかれます。[6] この方法ほうほうで、約やく5世代せだいまで増えるふえることができますが、だんだんうまくいかなくなります。[5][6]

第3章: でも、SpudCellは「生命」ではない

しかし、SpudCellは「生命せいめい」ではありません。[5] 自分じぶんでエネルギーを作るつくることができず、外そとから栄養えいようをもらわないと生きいきられません。[5] また、自然しぜんに進化しんかすることもできません。[5] 研究けんきゅう者しゃも「これは生きいきていない」と言っいっています。[3]

第4章: この研究の意味と可能性

この研究けんきゅうは、生命せいめいの基本きほん的てきな仕組みしくみを理解りかいするのに役立ちやくだちます。[6] 将来しょうらいは、薬くすりや材料ざいりょうを作るつくるのに使えるつかえるかもしれません。[6] また、SpudCellの情報じょうほうは「Biotic」という組織そしきを通じてをつうじて無料むりょうで公開こうかいされ、世界中せかいじゅうの研究けんきゅう者しゃが使えるつかえるようになります。[5][9] さらに、実験じっけんでは、より速くはやく成長せいちょうするタイプが競争きょうそうに勝つかつことも確認かくにんされました。[9] これは、化学かがく的てきなシステムでも選択せんたくが起こるおこることを示ししめしています。[5]

第5章: 専門家の意見

アダマラさんは「これは今いままでで一番いちばんわくわくするプロジェクトです。生命せいめいの根本こんぽん的てきな機能きのうには、不思議ふしぎな魔法まほうの火花ひばなは必要ひつようないことがわかりました」と話しはなしました。[9] 一方いっぽう、エクセター大学だいがくのジョン・デュプレ教授きょうじゅは、「この細胞さいぼうが、遺伝子いでんしを変えかえたバクテリアより役に立つやくにたつかはまだわからない」と言っいっています。[6] また、この研究けんきゅうはまだ専門せんもん家かの審査しんさを受けうけていません。[5]

以上いじょう、田中たなかがお伝えおつたえしました。今夜こんやのニュースはここまでです。

こんばんは。田中たなかです。生命せいめいとは何なにか、その根本こんぽんに迫るせまる画期的かっきてきな研究けんきゅう成果せいかが発表はっぴょうされました。ミネソタ大学だいがくの研究けんきゅうチームが、非ひ生物せいぶつ由来ゆらいの化学かがく物質ぶっしつのみで構成こうせいされた「スパッドセル」と呼ばよばれる合成ごうせい細胞さいぼうを開発かいはつしました。この人工じんこう細胞さいぼうは、摂と食ししょくし、成長せいちょうし、DNAを複製ふくせいし、分裂ぶんれつするという、細胞さいぼうとしての基本きほんサイクルを完全かんぜんに達成たっせいしています。[3][4] しかし、研究けんきゅう者しゃは「これは生命せいめいではない」と明言めいげんしています。[3][5] 科学かがくと化学かがくの境界きょうかいを行くいくこの成果せいかを、詳しくくわしくお伝えおつたえします。

第1章: 生命の定義を問い直す「スパッドセル」

ミネソタ大学生だいがくせい物ぶつ科学かがく部ぶのケイト・アダマラ准じゅん教授きょうじゅとアーロン・エンゲルハート准じゅん教授きょうじゅ率いるひきいるチームは、従来じゅうらいのように既存きそんの生きいきた細胞さいぼうを改変かいへんするのではなく、脂質ししつ膜まく、精製せいせいタンパク質たんぱくしつ、化学かがく的てきに定義ていぎされたゲノムなど、非ひ生物せいぶつ的てきな部品ぶひんだけを組み上げくみあげて「スパッドセル」を構築こうちくしました。[2][3][4] この名称めいしょうは、アダマラ氏しがその形状けいじょうをジャガイモに見立てみたててユーモラスに命名めいめいしたものです。[5]

特筆とくひつすべきは、そのゲノムサイズです。従来じゅうらいの理論りろんでは、自立じりつして機能きのうする細胞さいぼうに必要ひつような最小限さいしょうげんの塩基えんき対数たいすうは約やく11万まん3千せんと見積もらみつもられていましたが、スパッドセルはわずか9万まん塩基えんき対たいの合成ごうせいゲノムで細胞さいぼう周期しゅうきを完遂かんすいしました。[2][4][6] このゲノムは複数ふくすうのプラスミドに分割ぶんかつされて搭載とうさいされており、異なることなる機能きのうを独立どくりつして調整ちょうせい可能かのうなモジュール設計せっけいとなっています。[2][6]

第2章: 給餌から分裂まで — 化学が織りなす細胞周期

スパッドセルが細胞さいぼう周期しゅうきを全うまっとうできる秘密ひみつは、巧妙こうみょうな給餌きゅうじ機構きこうと分裂ぶんれつ戦略せんりゃくにあります。同どう細胞さいぼうは自前じまえの代謝たいしゃ機構きこうを持たもたないため、エネルギーや材料ざいりょうを外部がいぶに依存いぞんしています。そこで、研究けんきゅう者しゃは栄養えいようや脂質ししつ、酵素こうそ、リボソームを詰め込んつめこんだ「フィーダーリポソーム」を用意よういし、スパッドセルが自らみずからのDNAから生成せいせいする膜まくタンパク質たんぱくしつαヘモリシン（αHL）を使っつかってこの供給きょうきゅう小しょう胞と融合ゆうごうする仕組みしくみを組み込みくみこみました。[9] これにより、細胞さいぼうは遺伝子いでんし制御せいぎょの下したで選択せんたく的てきに「食事しょくじ」し、成長せいちょうすることが可能かのうになりました。[6][9]

細胞さいぼう分裂ぶんれつにおいては、天然てんねん細胞さいぼうが用いるもちいる細胞さいぼう骨格こっかく（サイトスケルトン）の再さい構築こうちくという難題なんだいを回避かいひしました。代わりかわりに、膜まく表面ひょうめんにタンパク質たんぱくしつを密集みっしゅうさせ、物理ぶつり的てきな張力ちょうりょくで膜まくをくびり切りぎり、娘むすめ細胞さいぼうへと分割ぶんかつさせるアプローチを採用さいようしています。[9] この一連いちれんの過程かていは約やく5世代せだいにわたって繰り返さくりかえされますが、世代せだいを重ねるかさねるごとにゲノムの分配ぶんぱい不ふ均等きんとうが生じしょうじ、娘むすめ細胞さいぼうのうち全ぜんプラスミドを継承けいしょうできるのは約やく30％に留まるとまるなど、精度せいどには限界げんかいがあります。[5][9]

第3章: 「生命ではないが、競争はする」 — 選択圧下での適応

スパッドセルは、自発じはつ的てきな突然変異とつぜんへんいを起こさおこさないため、真しんの意味いみでの進化しんか能力のうりょくは持ちもちません。しかし、人為じんい的てきに導入どうにゅうされた変異へんいによって「競争きょうそう」を実証じっしょうしました。αHLの発現はつげんを制御せいぎょするプロモーターを強力きょうりょくなT7Maxに置き換えおきかえた改変かいへん型がたスパッドセルは、フィーダーリポソームとの融合ゆうごう効率こうりつが高まりたかまり、より速くはやく成長せいちょうし、多数たすうの子孫しそんを残しのこしました。[9]

混在こんざい培養ばいよう実験じっけんでは、改変かいへん型がたが少数しょうすう派は（10％）から始まっはじまっても、5世代せだい後ごには38％まで割合わりあいを伸ばしのばし、元もとの型かたを凌駕りょうがしました。栄養えいようが限定げんていされた環境かんきょう下かでは、この優勢ゆうせいはさらに顕著けんちょになりました。[9] これは、化学かがく的てきに定義ていぎされた合成ごうせい系けいにおいて、成長せいちょう速度そくどに基づくもとづく選択せんたくが働いはたらいたことを示ししめしています。それでも研究けんきゅう者しゃは、「スパッドセルは決してけっして生命せいめいではない」と繰り返しくりかえし強調きょうちょうしています。自前じまえのエネルギー代謝たいしゃ系けいを持たもたず、供給きょうきゅうを絶たたたれれば機能きのうを停止ていしし、自律じりつした生存せいぞんは不可能ふかのうだからです。[5][9]

第4章: 開かれたプラットフォームと未来への期待

アダマラ氏しらは、この成果せいかを独占どくせんするのではなく、合成ごうせい生物せいぶつ学がくの共有きょうゆう基盤きばんとして公開こうかいする道みちを選びえらびました。スタンフォード大すたんふぉーどだい学がくのドリュー・エンディ氏しらと共同きょうどうで、公益こうえき機関きかん「バイオティック（Biotic）」を設立せつりつし、スパッドセルのデータ、プロトコル、手法しゅほうを無償むしょう公開こうかいしています。[5][9] このオープンサイエンスの姿勢しせいは、研究けんきゅうの再現さいげん性せいを高めたかめ、世界中せかいじゅうのラボが改良かいりょうに参加さんかできる環境かんきょうを整えるととのえるものです。[5][6]

将来しょうらい的てきには、医薬品いやくひん製造せいぞう、特にとくに天然てんねんには存在そんざいしないアミノ酸あみのさんを含むふくむ化合かごう物ぶつの合成ごうせいや、持続じぞく可能かのうな燃料ねんりょう・プラスチック生産せいさんなどへの応用おうようが期待きたいされています。[6][9] しかし、現状げんじょうでは極めてきわめて脆弱ぜいじゃくな実験じっけん系けいであり、実用じつよう化かには数すう十じゅう年ねん単位たんいの時間じかんを要するようすると見みられています。[5]

独立どくりつした専門せんもん家かからは、慎重しんちょうな意見いけんも出でています。エクセター大学だいがくのジョン・デュプレ教授きょうじゅは、本ほん成果せいかの科学かがく的てき意義いぎを認めみとめつつも、「合成ごうせい細胞さいぼうが、既存きそんの遺伝子いでんし改変かいへん細菌さいきんよりも医薬品いやくひんや燃料ねんりょうの生産せいさんで優位ゆういに立てるたてるかは未知数みちすうだ」と指摘してきし、さらに「天然てんねんの生命せいめいは他たの生物せいぶつとの複雑ふくざつな相互そうご作用さように依存いぞんしているが、合成ごうせい細胞さいぼうにはそれが欠けかけている」と述べのべています。[6] また、本ほん成果せいかは未み査読さどくのプレプリント段階だんかいであり、独立どくりつした検証けんしょうはこれからです。[5] 査読さどくを経へて内容ないようの信頼しんらい性せいが確定かくていすれば、生命せいめいの最小さいしょう要件ようけんへの理解りかいが一段といちだんと深まるふかまるでしょう。

終わりに: 生命発生の謎に迫る一歩

アダマラ氏しは本ほん研究けんきゅうについて、「最ももっとも基本きほん的てきな生命せいめい機能きのうである成長せいちょうと複製ふくせいに、神秘しんぴ的てきな魔法まほうの火花ひばなは必要ひつようないことを証明しょうめいした」と語っかたっています。[3][9] 生命せいめいと非ひ生命せいめいの境界きょうかいを探るさぐるこの挑戦ちょうせんは、まさに基礎きそ科学かがくの粋いきと言えいえます。「スパッドセル」は、化学かがくと生物せいぶつ学がくをつなぐ新たあらたな実験じっけん基盤きばんとして、生命せいめいの起源きげんや本質ほんしつに迫るせまる研究けんきゅうを加速かそくさせることでしょう。

以上いじょう、スタジオから田中たなかがお伝えおつたえしました。