合成細胞工場を偶然構築した

私たちは偶然、合成細胞工場を構築しました Akshay Maheshwari、CEO 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し、コミュニティが合成細胞の可能性を実現するのを支援するために、少数の学術関係者が集まって始まりました。 過去数年間、私たちはNucleusでこの問題に取り組んできました。しかし、それだけでは不十分です。合成細胞は、専用の物理的サプライチェーンなしでは、それほど遠くまで到達できません。 私たちはこの課題に取り組み、現在、Nucleusのオープン仕様に合わせて構築された、細胞構築に必要なコア材料である「Cytosol」を製造する工場を運営しています。最近、100番目のキットを出荷しました。 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、必ずしも私たちが当初必要になると予想していたものではありませんでしたが、合成細胞が学術的な取り組みからグローバルな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、私たちは、合成細胞エンジニアリングの協調的かつ相互運用可能な開発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。 私たち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を備えたオープンなPUREシステムを構築することでした。これは、PUREシステムをコアプラットフォームとして採用した合成細胞コミュニティにとって明確なニーズでしたが、実質的に拡張不可能で変更不可能な市販の処方箋しか入手できませんでした。 数ヶ月で完了すると考えていたことが、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基本的な課題を明らかにし、数年かかる取り組みとなりました。最終的には、「Cytosol」を合成細胞構築のためのコア基質として導入し、製造することになりました。 PUREは、36のタンパク質、31の低分子、43のtRNAの混合物、およびリボソームで構成される定義された分子システムであり、これらが together transcription and translation を実行します。図はGanesh and Maerkl, 2024、CC-BY-4.0ライセンスの下で改変して使用。 これは簡単であるはずです…よね？ 最初のステップで私たちは行き詰まりました。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ませんでした。それらは制限的な材料ライセンス（UBMTA）の下でのみ利用可能であり、会社としてはアクセスできませんでした。私たちの目標はPUREをコミュニティのために改善することでしたが。 PURE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あり、変異したプラスミドが含まれていることも学びました。 驚いたことに、世界中のごく少数のラボだけが実際にPUREシステムを構築することに成功しており、しばしば18ヶ月以上かかっていました。これは、2001年に最初に公開されたベースライン技術に到達するまでに、非常に長い時間でした。 私たち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なPUREプラスミドセットを再設計・合成し、PUREタンパク質生産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、検出可能な出力をようやく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した重要なマイルストーンでした。 私たちは、2024年半ばに、コミュニティが合成細胞を共に構築するためのオープンコモンズとして最近立ち上げた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。 Yemo Ku（現b.next製造リード）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を開けています（「Ménage à 36」）。右側にはNucleus v0.2のPURE作成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。 私たちが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。 その後、PUREタンパク質が私たちのオープンシステムで機能するようになったちょうどその時、SigmaもtRNAの供給を停止しました。 tRNA製造が後回しにされ、無期限にバックオーダーになることを学びました。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りました。 私たちは、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プロバイダーからしか入手できず、合成細胞研究者を特に気にかけるプロバイダーはいなかったことを認識しました。 私たちのオープンPURE DNAプラスミドセットに対する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。 Kate AdamalaとEvan Kalbの協力者から寄贈された、私たちの最後の貴重なtRNAのチューブ。 分野はもっと必要としている 2025年半ばまでに、私たちはすべてのPUREコンポーネント（タンパク質、低分子、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。 私たちは、主要な合成細胞ラボの8人の大学院生とポスドクを対象とした最初の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週間で完全なPUREシステムをゼロから構築する集中的なスプリントでした。 私たちは、Build A Cellおよび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、私たちは基本的な現実を認識しました。 私たちがどれほどアクセスしやすくしても、個々の学生やラボがPUREを作成することは、依然として時間のかかるプロセスであり、限られた量のベースライン試薬しか得られませんでした。これは単なる出発点にすぎません。 さらに、ベースラインPUREシステムへの変更や追加は、通常、個々のラボの専門知識ではない製造の複雑さにつながりました。 検証済みのオープンPUREプロトコルにより、必要に応じて研究者が独自の試薬を製造できる能力が保証されていましたが、検証済みのすぐに使用できる試薬に直接アクセスできる方が、はるかに優れており、迅速で、信頼性が高くなります。 私たちは、合成細胞研究を最も効果的に触媒するためには、（1）「Cytosol」という概念で考え始めること、つまり、合成細胞を操作するために構築され、合成細胞研究者が使用できるPUREのような定義されたシステムで、分野と共にサポートツールと共に機能性を成長させることができること、そして（2）Nucleusのオープン仕様とプロトコルに関連付けられた、事前に製造されたCytosolキットを提供する必要があることを確信しました。 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を作成する方法を教えました。 最初の合成細胞製造工場。 2025年後半から2026年初頭にかけて、私たちはサンフランシスコに専用の製造工場を建設・稼働させ、合成細胞エンジニアリングの基盤としてCytosolを供給しました。 過去6ヶ月間で、私たちは世界中の約20のラボのオープンプロジェクトを100以上のCytosolキットで支援し、能力を拡大し続けています。 私たちのCytosolキットはNucleusのオープン仕様に合わせて構築されており、公開されているNucleusプロトコルとプラスミドセットを通じて誰でもゼロから構築できます。 私たちは、ベースラインCytosolを検証し、拡張する新しいオープン合成細胞モジュールを積極的にテスト・共有しています。これには、エネルギー、制御、膜翻訳のモジュールが含まれます。 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Cytosolキットで協力者も支援しています。 今後、コミュニティと共にCytosolの機能を成長させ続けることに興奮しています。 私たちは、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、Cytosolを中心としたデジタルおよび自動化ツールの構築を開始しており、Cytosol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の促進を支援しています。 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、共通のオープン処方箋Cytosol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、私たちはそれに到達できたことを嬉しく思います。 私たちはこれらの進歩を継続的に推進していくことを楽しみにしています。