合成細胞工場を偶然構築した
We Accidentally Built a Synthetic Cell Factory (bnext.bio)
要約
b.nextは、合成細胞研究における相互運用性と統合の問題を解決するために設立されました。当初は学術的な課題に取り組んでいましたが、合成細胞の成長には専用の物理的サプライチェーンが必要であることに気づき、細胞のコア材料である「Cytosol」を製造する工場を立ち上げました。この工場は、学術的な取り組みをグローバルな問題解決へと発展させるための重要な一歩です。
全文翻訳
我々は偶然にも合成細胞工場を建設した
我々は、合成細胞研究における相互運用性と統合の問題を解決し、合成細胞の可能性を実現するために、数人の学術関係者としてb.nextを立ち上げました。過去数年間、Nucleusと共にこの問題に取り組んできました。しかし、それだけでは十分ではありません。合成細胞は、専用の物理的なサプライチェーンなしには、それ以上の発展は望めません。我々は、この課題に取り組み、細胞を構築するために必要なコア材料である「サイトゾル」を、Nucleusのオープン仕様に合わせて製造する工場を稼働させています。最近、100キット目の出荷を完了しました。産業グレードのインフラストラクチャを構築することは、当初必要になるとは予想していませんでしたが、合成細胞が学術的な取り組みからグローバル規模の問題解決へと成長するための重要な次のステップです。この記事では、その道のりを共有します。
2023年、我々は、合成細胞エンジニアリングの共同作業と相互運用性を促進する手段として、完全にオープンで仕様化されたコンポーネントから単純な合成細胞センサーを構築する契約を受けました。我々の戦略の重要な部分は、構築のための使いやすいプロトコルに基づいた、オープンなPUREシステムを構築することでした。これは、合成細胞コミュニティにとって明確なニーズでした。コミュニティはPUREシステムをコアプラットフォームとして採用していましたが、実際には拡張性や修正性のない市販の製剤しか入手できませんでした。数ヶ月で完了すると思っていた作業は、合成細胞インフラストラクチャとサプライチェーンにおける根本的な課題が明らかになるにつれて、数年がかりの事業となり、最終的には「サイトゾル」を合成細胞構築のためのコア基質として導入し、製造することにつながりました。
［画像: PUREは、36種類のタンパク質、31種類の小分子、43種類のtRNAの混合物、そして転写と翻訳を担うリボソームから構成される定義された分子システムです。 Ganesh and Maerkl, 2024 による図。CC-BY-4.0ライセンスの下で改変を加えて使用しています。］
これは簡単なはず…ですよね？
我々は最初のステップでつまずきました。OnePot PUREシステムタンパク質を実装するために必要な36個のプラスミドを入手できなかったのです。それらは制限的な材料ライセンス（UBMTA）の下でしか入手できず、会社としては、PUREをコミュニティのために改善するという目標があったにもかかわらず、アクセスできませんでした。PUREの研究者と話す中で、利用可能なPUREプラスミドセットは不完全で、変異したプラスミドが含まれていることも知りました。驚くべきことに、世界中で実際にPUREシステムを構築できたのはほんの一握りの研究室だけで、しばしば18ヶ月以上かかっていました。これは、2001年に初めて発表されたベースライン技術に到達するための、 sobering な時間でした。
我々は、この課題に正面から取り組み、改良されたオープンアクセスセットのPUREプラスミドを再設計・合成し、PUREタンパク質の製造と組み立てのための簡単なプロトコルを開発しました。9ヶ月にわたる painstaking な開発の後、ついに検出可能な出力を達成することができました。これは、オープンシステムが機能することを確認する重要なマイルストーンでした。我々は、2024年半ばに、最近立ち上げたばかりのNucleusプラットフォームを通じて、最初のPUREプロトコルとプラスミドセットを共有しました。このプラットフォームは、コミュニティが共に合成細胞を構築するためのオープンなコモンズとして機能します。
［画像: b.nextの製造リードであるYemo Kuが、2024年夏にオープンPUREシステムで検出可能な出力を達成したことを祝ってシャンパン（「Ménage à 36」）を開けている様子。右側にはNucleus v0.2のPURE製造プロトコルが表示されています。］
サプライチェーンを信頼できない
しかし、機能するPUREシステムにはタンパク質だけでなく、tRNAとリボソームも必要です。我々の作業を開始したとき、tRNAはRocheとSigmaの2つのプロバイダーから入手可能でした。2023年、RocheはtRNAの供給を停止しました。そして、PUREタンパク質が我々のオープンシステムで機能するようになったまさにその時、SigmaもtRNAの供給を停止しました。tRNAの製造は優先順位が下げられ、無期限にバックオーダーになると知りました。合成細胞を構築するために必要な主要な試薬が、突然入手できなくなったのです。
我々は、合成細胞のサプライチェーンがいかに脆いか、つまり、さまざまなプロバイダーの寄せ集めで、多くの場合、特定の試薬は単一の供給元しかなく、合成細胞研究者を特に気にかけているところはどこにもない、という状況を目の当たりにしました。我々のオープンPURE DNAプラスミドセットへのリクエストが増えるにつれて、コミュニティ全体で信頼性の高い合成細胞エンジニアリングを達成するには、当初計画していた以上のものが必要であることが明らかになりました。コミュニティは、PUREタンパク質だけでなく、すべてのコンポーネントに対して、信頼性の高いオープンプロトコルを必要としていました。
［画像: 協力者であるKate Adamala氏とEvan Kalb氏から寄贈された、我々の最後の貴重なtRNAのチューブ。］
この分野はもっと必要としている
2025年半ばまでに、我々はPUREの全コンポーネント（タンパク質、小分子、tRNA、リボソーム）を製造するためのオープンプロトコル、仕様、および材料を開発・最適化しました。我々は、主要な合成細胞研究室から8人の大学院生とポスドクを招き、最初のPUREワークショップを開催し、技術の普及を開始しました。これは、参加者がわずか1週間でPUREシステム全体をゼロから構築するという集中的なスプリントでした。我々は、Build A Cellとコミュニティの専門家の支援を受け、オープンシステムを改善し、使いやすくするために、以前のPURE開発ワークショップを開催しました。
しかし、より多くの研究者と協力し始めるにつれて、我々は根本的な現実に気づきました。どれほどアクセスしやすくしても、個々の学生や研究室にとって、PUREを製造することは依然として時間のかかるプロセスであり、得られるのは限られた量のベースライン試薬、つまり出発点に過ぎませんでした。さらに、ベースラインPUREシステムへの変更や追加は、通常、個々の研究室の専門知識ではない製造上の複雑さにつながりました。検証済みのオープンPUREプロトコルは、研究者が必要に応じて独自の試薬を製造する能力を保証しますが、検証済みで即使用可能な試薬への直接アクセスは、単純に、より良く、より速く、より信頼性が高くなります。我々は、合成細胞研究を最も効果的に触媒するためには、（1）合成細胞を構築し、合成細胞研究者が使用できる、サイトゾル（PUREのような定義されたシステム）の観点から考え始め、分野と共にサポートツールと共に機能性を成長させ、（2）Nucleusのオープン仕様とプロトコルに紐づけられた、事前に製造されたサイトゾルキットを提供する必要がある、と確信しました。
［画像: 2025年に開催されたワークショップで、合成細胞研究者に完全にオープンなNucleusコンポーネントとプロセスからPUREを製造する方法を教えました。］
初の合成細胞製造プラント
2025年後半から2026年初頭にかけて、我々は合成細胞エンジニアリングの基盤としてサイトゾルを供給するために、サンフランシスコに専用の製造プラントを建設し、稼働させました。過去6ヶ月間で、我々は世界中の約20の研究室のオープンプロジェクトを、100以上のサイトゾルキットで支援し、能力を拡大し続けています。我々のサイトゾルキットは、Nucleusのオープン仕様に基づいて構築されており、誰でもNucleusのオープンなプロトコルとプラスミドセットを通じてゼロから構築できます。我々は現在、エネルギー、制御、膜翻訳などのモジュールを含め、ベースラインサイトゾルを検証し拡張した新しいオープン合成細胞モジュールを積極的にテストし共有しています。また、より高度な合成細胞開発を可能にするために、カスタムおよび変更されたサイトゾルキットで協力者を支援しています。
今後、コミュニティと共にサイトゾルの機能を成長させ続けることを楽しみにしています。我々は、設計と分析、ハイスループットスクリーニングと最適化、AI駆動エンジニアリングとモジュール統合のためのデジタルおよび自動化ツールをサイトゾールの周りに構築し始めており、サイトゾールを使用したオープンで統合された合成細胞技術を構築する複数機関の研究プログラムを促進するのを支援しています。安定したインフラストラクチャとサプライチェーンは、合成細胞の可能性を実現するための基盤であり、共通のオープンフォーミュレーションサイトゾルへのアクセスは、コミュニティにとって微妙ながら重要なマイルストーンであり、我々はそれに到達できたことを嬉しく思っています。我々は、製造プラント、Nucleus、そして次に必要となるであろうものと共に、これらの基盤をさらに進歩させていくことを楽しみにしています。サイトゾールで構築したい、モジュールを提案したい、または協力したい場合は、ぜひご連絡ください。私たちは常に共に合成細胞を構築する方法を探しています。
［画像: 我々は現在、Nucleusのオープン仕様に基づいて構築された、すぐに使用できるサイトゾルキットを製造しています。ぜひご連絡ください！］
b.nextは、合成細胞の可能性を実現することに焦点を当てたサンフランシスコを拠点とする企業です。我々は、合成細胞を構築するためのオープンプラットフォームであるNucleusを構築・維持し、合成細胞の製造プラントを運営しています。私たちのストーリーについてはこちら、アクティブなプログラムについてはこちらをご覧ください。どのようなことでも、build@bnext.bioまでお気軽にご連絡ください（私たちは協力するのが大好きです）。