生物学におけるミレニアム問題

生命の起源 実験室環境で、化学前駆物質から生命が出現することを実証する。具体的には、妥当な原始スープと妥当なエネルギー源から、自己複製するRNAおよびタンパク質ベースの細胞の無支援での出現を実証する。「細胞」とは、定義された境界を持つ任意のコンパートメントである。成功と見なされるためには、以下の条件を満たす必要がある。第一に、十分な原始スープとエネルギーが供給された場合、出現した細胞がその個体数を少なくとも10⁶倍（約20世代）増加させることができることを示す必要がある。第二に、十分なエネルギーと原始スープが供給されれば、分裂が無限に継続する可能性があることを示す必要がある。例えば、連続する分裂で細胞のサイズが単調に減少する解決策は受け入れられない。最後に、細胞は遺伝情報をコードするための明確な方法を持たなければならない、すなわち、細胞の分子組成は、細胞内に保存された情報によって少なくとも部分的に因果的に決定されなければならない。核酸、ポリペプチド、または類似のポリマーの形で情報を保存する解決策が強く推奨される。遺伝情報の存在が曖昧または論争の的となる解決策は、デフォルトで拒否される。 低温保存 高生存率で、生きた野生型マウスを低温保存および回復する能力を実証する。具体的には、全身凍結またはガラス化状態にある、生きた、無傷の、野生型成体マウスの可逆的な低温保存を実証する。マウスは少なくとも24時間凍結またはガラス化状態を維持し、99%以上の生存率で回復し、永続的な臓器損傷または身体的危害を被ってはならない。体細胞遺伝子工学は推奨されないが許可される。すべての実験は倫理的承認を得て実施されなければならない。 逆転写酵素 任意のペプチド配列をRNAまたはDNAに「逆転写」できる酵素を作成する。具体的には、精製されたタンパク質触媒または固定化タンパク質複合体を作成し、非タグ化されたポリペプチドを処理し、事前に登録されたコドン規約の下で、核酸テンプレート、事前にアタッチされた配列バーコード、残基特異的オペレーターサイクル、またはデータベースルックアップなしで、その残基配列をコードする共有結合性核酸鎖を合成する。生成された核酸鎖は、通常のポリメラーゼ、リガーゼ、およびその他の類似の酵素と互換性がある必要がある、すなわち、RNAまたはDNA以外の核酸が使用される場合、それらは下流の増幅またはシーケンス反応と互換性がある必要がある。課題が完了と見なされるためには、少なくとも50アミノ酸長のランダムなペプチド配列が100個以上事前に登録され、合成され、プールされる必要がある。その後、辞書を参照せずに、逆転写とシーケンスによって、これらのペプチドの配列を90%以上の配列精度で推測できることを示す必要がある。さらに、平均読み取り長は少なくとも25残基であり、平均読み取り品質スコアはQ10以上である必要がある。 Rubiscoの改善 自然に存在するパレートフロンティアを超える特異性と酵素ターンオーバーを持つRubisco酵素を生成する。具体的には、リブロース-1,5-ビスリン酸のカルボキシル化を、Galdieria Partita Rubiscoの二酸化炭素に対する酸素の特異性（Sc/o）と同等以上、およびトウモロコシRubiscoの酵素ターンオーバー（kcat）と同等以上で触媒する酵素を生成する。成功と見なされるためには、候補酵素の特異性と酵素ターンオーバーは、それぞれG. Partita RubiscoおよびトウモロコシRubiscoを対照として使用したペア酵素アッセイで測定されなければならない。候補酵素は、de novoで設計されるか、自然界で発見されるか、または自然に存在する出発点からエンジニアリングまたは進化される可能性がある。 四重塩基コドン細胞 4塩基コドンコードを使用する生きた細胞を生成する。具体的には、翻訳機構自体を含むすべてのタンパク質コード配列が、検出可能な三重コドンデコーディングなしに、中断のない非重複四重コドンとしてコード化されている、生きて複製する細胞を生成する。エンコーディングスキームは、正当な四重コドンエンコーディングでなければならない、すなわち、四重コドンエンコーディングにおいて、突然変異が非同義である確率は、コドンの突然変異のインデックスに関係なく類似している必要がある。例えば、四重コドンエンコーディングにおいて、コドンの最初の3つの位置が常にまたはほとんど常にコード化されたアミノ酸を指定するのに十分である場合、それは受け入れられない。（Erika Alden DeBenedictis提供） 体細胞四肢再生 成体野生型マウスにおける失われた四肢の再生能力を実証する。具体的には、成体野生型マウスにおいて、切断後の四肢の再生の再現可能な能力を実証する。再生後、マウスは標準的な運動機能テストのバッテリーで対照と同等に機能し、再生された四肢で同等の感覚知覚を示し、盲検観察者は非侵襲的な観察データに基づいてどの四肢が再生されたかを識別できない必要がある。すべての実験は倫理的承認を得て実施されなければならない。 細菌による遺伝子治療薬の生産 細菌宿主で遺伝子治療薬を生産する能力を実証する。具体的には、細菌で感染性のある複製不全AAVおよびレンチウイルスを生産する。粒子は事前に指定されたウイルスゲノムを含む必要があり、物理的カプシドとウイルスゲノムの比率、および感染性ユニットとウイルスゲノムの比率は、哺乳類細胞培養からウイルスを精製した場合に得られる比率と同様である必要があり、ウイルスゲノムはヌクレアーゼ耐性である必要がある。細菌でのレンチウイルス生産は、哺乳類細胞での生産よりもはるかに困難であると予想されるため、AAVを細菌で生産する能力を実証するだけで部分的成功と見なされる。 プログラム可能なプロテアーゼ 特定のタンパク質配列を特異的かつ効率的に切断するオンデマンドの酵素を生産する能力を実証する。具体的には、内因性折り畳みタンパク質内の盲検化されアクセス可能な部位が与えられた場合、生きた細胞でその部位を効率的に切断するプロテアーゼを予見的に設計する能力を実証する。生成された酵素は、他の広く使用されている部位特異的プロテアーゼと同等以上の触媒効率とプロテオーム全体でのオフターゲット切断を持たなければならない。課題は、設計が20個の事前に登録された部位に対して80%以上の成功率で実証された場合に完了と見なされる。ターゲット部位が事前に登録されたら、生成されたタンパク質の設計は24時間以内に作成されなければならず、評価のためにウェットラボ作業は、アッセイのために設計されたタンパク質を生産する目的以外では許可されない。（したがって、例えば、ターゲット部位が提供された後のスクリーニングおよびターゲット特異的進化は許可されない。）この課題のより弱い形態には、溶液中で提供された特定の事前に登録されたペプチド配列、およびオフターゲット配列を特異的かつ効率的に切断する酵素を生産する能力を実証することが含まれることに注意されたい。その能力を実証することは、部分的成功と見なされる。 細胞透過性タンパク質バインダー 細胞内ターゲットに対するタンパク質バインダーを生産する能力を実証する。具体的には、さらなる進化や最適化なしに、薬理学的に支持される濃度で細胞外から細胞に投与された場合に、事前に登録された細胞内タンパク質ターゲットを確実に捕捉するゼロショットタンパク質バインダーを設計する能力を実証する。細胞侵入メカニズムは、治療的文脈で妥当でなければならない、すなわち、トランスフェクション、イントラボディ発現、エレクトロポレーション、膜破壊、または類似の方法は許可されない。課題は、設計が20個の事前に登録されたターゲットに対して80%の成功率で実証された場合に完了と見なされる。ターゲットが事前に登録されたら、生成されたタンパク質の設計は24時間以内に作成されなければならず、ウェットラボ作業は許可されない。