史上初めて、ゼロから構築された細胞が成長・分裂する

ホーム 史上初めて、ゼロから構築された細胞が成長・分裂する コメント 記事を保存 後で読む シェア Facebook コピーしました！ リンクをコピー メール Pocket Reddit Ycombinator コメント コメント 記事を保存 後で読む 後で読む 合成生物学 史上初めて、ゼロから構築された細胞が成長・分裂する Yasemin Saplakoglu 2026年7月1日 科学者たちは、非生命体から生命体、あるいはそれに近いものを研究室で生み出すことが可能であることを示す、これまで以上に生命に近い特性を兼ね備えた合成細胞を構築しました。 コメント 記事を保存 後で読む Ada Zejun Shen/Quanta Magazine はじめに 生物学者たちは初めて、非生命の構成要素を細胞様の膜に一つずつ詰め込み、その分子の袋が生命体のように振る舞い始めるのを目の当たりにしました。研究室で作られた合成細胞は、成長し、DNAを複製し、分裂することで、細胞周期の基本的な機能を示しました。 「これは印象的な一歩です」と、シカゴ大学で生命の起源を研究しており、今回の研究には関与していないジャック・ショスタクは述べています。「生物学的構成要素から人工細胞を組み立てる試みで、これほどまでに進んだものは知りません」。 この細胞は、いかなる定義においても生きてはいません。絶えず栄養と、タンパク質を作るのに必要な機械であるリボソームの供給がなければ生き残れません。防御機能も、効率的な老廃物除去システムもありません。しかし、これは非生命体から生命体を生み出すことが可能であるという、これまでで最も強力なデモンストレーションであり、合成生物学者が何十年も追い求めてきた目標です。「死んだ構成要素から生命体を作るという聖杯への大きな一歩です」と、研究には関与していないオランダのストラティング化学研究所のシステム化学者シブレン・オットーは述べています。「まだ完全に到達したわけではありませんが、間違いなくかなり近づいています」。 これらの細胞はゼロから組み立てられ、すべての分子部品は研究室で作成されたため、科学者たちはシステムをいじくり、構成要素を入れ替えたりすることができます。「私には設計図があり、すべての構成要素の完全な化学成分リストがあります」と、まだ査読を受けていない新しい研究を主導したミネソタ大学の合成生物学者ケイト・アダマラは述べています。このような柔軟性があれば、この種の合成細胞はやがて、バイオ燃料や医薬品のような新しい材料を作り出し、研究者が病気を研究するのに役立つ可能性があります。 合成生物学者ケイト・アダマラは、膜に囲まれた非生命生体分子の細胞スープを、成長し娘細胞に分裂するような生命体のように振る舞わせました。ケイト・アダマラ提供 また、科学者たちに最も深い存在論的問いに対する洞察を与えることもできます。生命を維持するために最小限必要なものは何か？生命はどのように始まったのか？今日の地球上の生命を構成する生物学を改変するとどうなるのか？あるいは、アダマラが述べたように、「生物学は他に何ができるのか？」 生命を構築する 約40億年前、多くの非生命分子が集まって最初のプロトセルを形成しました。それらは栄養を取り、成長し、分裂しました。その後、時を経て、これらの細胞が変化し、多様な種類に分化していく進化プロセスが出現し、不毛な世界をあらゆる種類の奇妙な存在で飾りました。純粋な化学の世界が生物学の世界へと花開いたのです。 科学者たちは、非生命から生命へのこの移行、つまり自然発生がどのように起こったかについて意見が一致していませんが、一部の科学者たちは、研究室でそれを自分で試すことに目を向けています。何十年もの間、研究者たちはこの課題に対して様々なアプローチを取ってきました。J. Craig Venter Instituteの合成生物学者ジョン・グラスのように、バクテリア細胞を最小限のゲノムにまで剥ぎ取り、細胞が生き続けるための最小要件を明らかにしようとする研究者もいます。オットーのように、今日の地球の生物学で見られるものとは異なる分子で細胞を構築しようとする研究者もいます。アダマラもまた、今日の自然界で見られる生物学的分子を使ってゼロから研究を進めています。彼女が2016年に研究室を立ち上げたとき、彼女は自身のゲノムを使って細胞分裂の完全なサイクルを経験できる合成細胞、つまり概念実証を組み立てることを構想していました。彼女は、既知のすべての細胞に共通する「説明書」を見つけました。それは、成長し、DNAを複製し、分裂し、進化するということです。細胞はDNAをRNAに転写し、タンパク質を作ってこれらのタスクや、エネルギーのために分子を代謝するなど、細胞を機能させるための他のタスクを実行します。これらすべては、必要なすべての材料を1か所に保持する脂質膜内で実行されます。 アダマラのチームは、合成細胞にゲノムを構築し、それらのタスクを実行するためのすべての材料を供給する必要がありました。彼らは、他の研究室にヒントを得た様々な材料を開発・最適化し、それらをリポソーム（単純な脂質膜に囲まれた中空の袋）の内部で組み合わせました。これが細胞の本体として機能します。彼らは、細胞の最も基本的なシステムである、DNAを複製し娘細胞に伝えるメカニズムから始めました。彼らは、合成生物学者ハネス・ミュッチュラーとクリストフ・ダネロンが開発したDNA複製システムを採用し、商業用パックの36種類の酵素（細胞がDNAを読み取りタンパク質を作ることを可能にする）を含む他のシステムと連携するように調整しました。アダマラのチームは、遺伝子を入れ替えたり、様々な分子の濃度を調整したりして、重要な情報伝達およびタンパク質生成の遺伝子システムがうまく機能するように、細胞の調合液をいじくり回しました。彼らの小さな合成ゲノムは、細胞が食物とエネルギーを処理できるようにする代謝遺伝子や、細胞が必要とする多くの複雑な分子をエンコードしていませんでした。そこで、同時に、研究者たちはいくつかの供給パックを準備しました。彼らは他のリポソームに糖、脂質、酵素、および転移RNA（tRNA）やリボソームのような複雑な分子を詰め込みました。これらは遺伝子命令をタンパク質に翻訳するために連携して機能します。プロトセルがこれらの重要な供給物を受け入れるために、チームは細胞膜に存在し脂質バブルを引き付けるタンパク質も改変しました。バブルが細胞にぶつかると、それらの膜が融合し、供給物が内部に放出されました。 これらの遺伝子システムすべてをうまく連携させるのは簡単ではありませんでした。さらに調整と最適化を重ねた後、細胞は成長し、DNAの複製を開始しました。「私はほとんど『完成だ』『発表しよう』と言う準備ができていました」とアダマラは振り返ります。しかし、彼女の合成細胞の構想には、もう一つステップがありました。それは分裂です。 蛍光顕微鏡は、合成細胞が細胞分裂（伸長、くびれ、そして2つの娘細胞への分離）を受けている様子を示しています。Kate Adamala/Adamala Lab これは、この分野がしばらく行き詰まっていたところです。アダマラ以前の研究者たちは、合成細胞に栄養を与え、成長させ、DNAを複製する様々な方法を見つけていました。しかし、細胞分裂は別の問題です。典型的な細胞は、細胞骨格（構造的なサポートを提供するタンパク質繊維のネットワーク）を再編成してDNAを半分にし、分裂します。合成生物学者たちは、彼らの細胞にこの複雑なプロセスを受けさせる方法を見つけることができませんでした。そこで、アダマラは細胞骨格を捨てることにしました。 ある日、文献を読み漁っていると、彼女はある論文で興味深いメカニズムに出会いました。マックス・プランク・コロイド・界面研究所の合成生物学者ラインハルト・リポウスキーは、タンパク質タグを細胞膜に付着させることで、他のタンパク質が膜の周りに群がり、物理的に膜を曲げ、細胞を強制的に分裂させることを示していました。このアプローチに従い、アダマラは細胞膜タンパク質を調整し、自身のプロトセルでテストしました。何度かの試行の後、それはうまくいきました。「しばらくの間、信じられませんでした」と彼女は言いました。「『まさか、本当に分裂する細胞を作ったのか？』という感じでした…ある時点で、十分に確認して、『よし、これで本物だ』と思うんです」。 この論文は「この分裂メカニズムを美しく実証している」と、研究には関与していないミュンヘン工科大学のシステム化学者ジョブ・ボエクホーヴェンは述べています。「それは大きな成果でした」。異なる研究室にヒントを得たシステムを組み合わせることで