この細胞は摂食、成長、生殖をする。しかもそれは人工的だ。

顕微鏡スライド上のSpudCell 科学者たちは、化学物質を生命に変える錬金術を発見することを長年夢見てきました。水曜日、ミネソタ大学のチームは、そのビジョンに向けて大きな一歩を踏み出したと発表しました。数十種類の材料を混ぜ合わせることで、研究者たちは摂食、成長、生殖、そして食物をめぐって互いに競い合うことができる単純な細胞を合成しました。これらの細胞がまだ完全に生きているとは言えないまでも、生命のほとんどの特性を備えています。 「生命は二元的ではありません」と、研究を主導した合成生物学者のケイト・アダマラ氏は言います。「だから私はこれを『生きている』と呼ぶことにためらいがあります。私たちが望むほど明確な線引きはありません。」 これまで、科学者たちはこれほど多くの機能を実行できる細胞のレシピをマスターしたことはありませんでした、と研究には関与していないカリフォルニア州ラホーヤのJ・クレイグ・ベンター研究所の合成生物学者ジョン・グラス氏は言います。 「彼女がこれらすべてをまとめたことは目を見張るものがあります」と彼は言いました。 スタンフォード大学の合成生物学者ドリュー・エンディ氏は、「それは生まれたのではなく、作られた細胞だ。構築されたものだが、細胞がすることをする」と述べました。 0.05ミリメートル SpudCellは、細かな砂粒のほぼ4分の1の大きさです。 花粉 SpudCells 細かな砂粒 0.05ミリメートル SpudCells SpudCellは、細かな砂粒のほぼ4分の1の大きさです。 花粉 細かな砂粒 The New York Times アダマラ博士は、ジャガイモのような見た目から、自分の創造物をSpudCellと名付けました。特許を取得する代わりに、彼女とエンディ博士は、SpudCellsをより完全に生命に近づけ、新しい種類の実験に適用することに焦点を当てた科学者コミュニティを組織しています。 彼らとその同僚は、今後10年間でこの取り組みに数億ドルを費やすとエンディ博士が推定する非営利の研究機関を設立しました。数百人の科学者が参加すると予想されています。 「この瞬間を私たちは覚えているでしょう」と、プロジェクトには関与していないミズーリ大学の計算生物学者であるロザンナ・ジア氏は述べました。 アダマラ博士と彼女の同僚は、彼らの研究に関する190ページの記述をオンラインで公開しました。この研究は、科学雑誌での掲載に向けて審査中です。 科学者たちは、人工細胞が、最小限の生命にとっていくつの遺伝子が必要かといった基本的な疑問を含め、天然細胞からは得られない生命についての情報を教えてくれることを期待しています。 しかし、人工細胞は、新しい種類の医薬品を作ったり、大気から大量の二酸化炭素を排出したりするなど、天然細胞にはできないことを行うようにいつか設計されるかもしれません。理論的には、設計されたSpudCellsは、天然細胞には作らせることができない幅広いタンパク質や、ロケット燃料のような有毒化学物質さえも生産できる可能性があります。 今や、「私たちがかろうじて理解し始めたばかりの化学について考えることができます」とグラス博士は言いました。 私たちが知っている生命の問題点：神秘的で、ごちゃごちゃした複雑さ。私たち自身のDNAには、数万個の遺伝子と、それらの遺伝子のオンオフを切り替える数百万個の分子スイッチが含まれています。科学者たちは、それらのDNAの多くの部分が何をしているのかほとんど手がかりがありません。彼らが理解していると思っている遺伝子が、科学者が予想していなかった他の仕事を果たしていることがしばしば判明します。 この複雑さを回避する一つの方法は、単純化することです。ヒトゲノム 大腸菌 SpudCell 約2万個のタンパク質コード遺伝子。 研究に使用される大腸菌の実験株には4,460個の遺伝子があります。 この新しい人工細胞には、わずか36個の遺伝子しかありません。 SpudCell この新しい人工細胞には、わずか36個の遺伝子しかありません。 大腸菌 研究に使用される大腸菌の実験株には4,460個の遺伝子があります。 ヒトゲノム 約2万個のタンパク質コード遺伝子。 The New York Times 1990年代、故生物学者クレイグ・ベンターが率いるチームは、1,000個未満の遺伝子を持つ微生物の研究を開始しました。現在グラス博士が率いるこのチームは、微生物のゲノムを525個の必須遺伝子にまで減らしました。 2016年の論文で、チームはそれらの遺伝子の3分の1が何をしているのか分からないと報告しました。グラス博士と彼の同僚は、過去10年間このパズルを解こうと努めてきましたが、それでも56個の遺伝子が何をしているのかは言えません。 「すべての細胞がしなければならない重要なタスクがまだありますが、それが何なのかはわかりません」とグラス博士は言いました。 他の研究者たちは、この問題に反対の方向から取り組みました。トップダウンで作業するのではなく、ボトムアップで、生命のない分子を組み合わせて生きた細胞を作り出そうとしました。 1990年代以来、いくつかの研究室がこの問題の小さな部分に取り組んできました。そのうちのいくつかは、油性分子から中空の泡を作るレシピを完成させました。他の研究室は、単純な遺伝子分子をそれらの泡の中にカプセル化する方法を見つけました。 しかし、科学者たちはこれらの部品をより複雑なシステムにまとめるのに苦労し、ましてや細胞と呼べるものにするのは困難でした。 近年、アダマラ博士は、細胞分裂という根本的な課題の一つに取り組みました。天然の細胞は、内壁に固定されたリング状に結合するタンパク質の助けを借りて分裂します。リングはよりきつく巻きつき、細胞を2つに挟み込みます。 他のタンパク質はウインチのように働き、DNAや他の分子を形成中の細胞に移動させ、それらが生き続けるために必要な成分を持つようにします。 最初は、アダマラ博士は天然システムのより単純なバージョンを構築しようとしました。しかし、その後、実際の細胞をまったく模倣しないことにしました。 生物物理学者は、タンパク質を膜に付着させると、膜を曲げる圧力が生じることを発見しました。アダマラ博士と彼女のチームは、周りに浮遊するタンパク質を引っ掛けることができる泡を作成しました。泡が十分なタンパク質を収集すると、その表面が内側に曲がり始め、2つに割れました。 アイデアはシンプルでしたが、実験室で機能させるには1年間の実験が必要でした。「しかし、一度機能すれば、それは機能します」とアダマラ博士は言いました。 その成功が、チームに人工細胞全体を構築しようと試みるきっかけとなりました。 最初のステップは、細胞が機能するために必要な分子のブロスを作成することでした。このレシピには最終的に、遺伝子から新しいタンパク質を作るなどの重要な化学反応に必要な約100種類のタンパク質と単純な分子が含まれていました。SPUDCELLの構築 遺伝子ループ タンパク質 リボソーム SPUDCELLの構築 遺伝子ループ タンパク質 リボソーム The New York Times 研究者たちはまた、ウイルスと遍在する微生物である大腸菌から借りた遺伝子を人工細胞に提供しました。DNAの複製のような基本的な仕事のために36個の遺伝子を選びました。 これらの材料を混ぜ合わせてスープにした後、科学者たちは膜の構成要素を加えました。それらは自発的に結合して泡になり、それぞれがスープの一部を包み込みました。 これらの泡の多くは、適切な遺伝子、タンパク質、その他の分子の混合物を包み込み、実際の細胞で見られる化学反応を開始しました。 新しい細胞がフラスコに浮いている間、アダマラ博士と彼女の同僚は食物を加えました。細胞は表面のチャネルを通して小さな分子を吸い上げました。SPUDCELLの摂食 フィーダーリポソーム タンパク質 リボソーム フィーダーリポソーム SpudCell SPUDCELLの摂食 フィーダーリポソーム タンパク質 リボソーム フィーダーリポソーム SpudCell The New York Times 科学者たちはまた、チャネルを通すには大きすぎるタンパク質やその他の分子を積んだ小さな泡も入れました。これらの泡のいずれかに衝突して融合することで、細胞は中のごちそうを摂取できました。 細胞は摂食するにつれて成長しました。そしてわずか数時間で、分裂するのに十分な大きさになりました。SPUDCELLの成長 新しい遺伝物質 SPUDCELLの成長 新しい遺伝物質 The New York Times 科学者たちはフラスコに特別なタンパク質を加えました。このタンパク質は細胞の表面に付着し、細胞を内側に曲げるように強制しました。細胞が2つに分裂すると、新しい細胞のペアは成長を続けました。新しい遺伝物質 SPUDCELLの生殖 新しい遺伝物質 SPUDCELLの生殖 The New York Times 今やSpudCellsは成長し、摂食し、生殖しました。結局のところ、細胞には原始的な進化能力さえあったのです。 アダマラ博士と彼女の同僚は、周りに浮遊するおやつ入りの泡により強く結合する突然変異体を作成しました。それをテストするために、彼らは元のSpudCellsと突然変異体のSpudCellsを50対50で混合しました。Th