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takahashicleaning · 5 months ago

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ＴＥＤにて

フロイド・E・ロムズバーグ：人工DNAの革命的な可能性

（詳しくご覧になりたい場合は上記リンクからどうぞ）

これまでの生物の細胞は、すべて、DNAの基本単位である４つの遺伝子文字（ヌクレオチド）、A、T、C、Gを元にしてできています。

しかし、現在はそうではありません。

先見性のあるトークを通して、合成生物学者のフロイド・E・ロムズバーグが、６つの遺伝子文字（４つの遺伝子文字+２つの人工文字）で作られた最初の生物を紹介し

この大きな進歩が自然による設計図の基本的な理解にどのように挑むのかを探ります。

あらゆる生物は、命ある物はすべて、DNA情報から創られてきました。どういうことでしょうか？

それは、英語がアルファベットから成り立ち、組み合わせて単語にすると、今日、私がお話しするストーリーを伝えられるようになるのと同じです。

DNAは遺伝子文字（ヌクレオチド）で作られ、それが組み合わさって遺伝子となり、糸のようにつながったアミノ酸が、複雑な構造に折りたたまれてできたタンパク質を細胞に作らせます。

そのタンパク質が働いて細胞を機能させます。例えば、ストーリーを話すとかです。

英語のアルファベットは26文字ですが、遺伝子文字は４つです。

とても有名なのでご承知のことと思いますが、単によくG、C、A、Tと呼ばれます。生物のあらゆる多様性が、４つの遺伝子文字に起因するのだから驚きで。

英語のアルファベットが、４文字しかなかったとしたら、どんなストーリーが話せますか？遺伝子文字がもっとあったとしたら？遺伝子文字の多い生物は、色々な、もっと面白いストーリーを語れるのでしょうか？

1999年カリフォルニア州ラホヤにあるスクリプス研究所内の研究室で私はこの問題を研究し始めましたが、目標は自然界の４つの文字に新たに人工の２つの文字を加えた６つの遺伝子文字をDNAに持つ生物を創ることでした。

これまで創造された生物で、もっとも、根本的に変化させられた生命の形式になるでしょう。従来の生物より、多くの遺伝情報を保有する、半合成の生物です。

新しいタンパク質、通常タンパク質を作る20種類以上のアミノ酸からタンパク質を作れるでしょう。その生物はどんなストーリーを語るのでしょうか？

合成化学と分子生物学の力で、20年近い研究の末、６つの遺伝子文字を持つ微生物を創りました。

どうやったのかお話しします。

高校の生物学を思い出してください。

自然界の４つの遺伝子文字は、２種類の基本ペアとなります。GとC、AとTのペアです。新しい遺伝子文字を作るために、何百もの新しい文字候補を合成し、取捨選択して互いの選択的ペアとなる能力を、検証しました。

約15年の研究の末、少なくとも試験管の中では、相性の良いペアを発見しました。難しい名前があるのですが、単にXとYと呼びましょう。

次の段階で、XとYを細胞に入れる方法を模索し、藻類のあるタンパク質が、XとYを細胞に取り込むことを見つけ、この微生物でも働きました。そして、最終段階で、XとYを持つ細胞が成長して分裂し、そのDNA内にXとYを保持することを示す必要がありました。

気が短い私からするとそこまで辿り着くのに思ったよりも長くかかりましたが、この最も重要なステップは、私が期待したよりすぐにうまくいきました。早い話が即座にです。

2014年のある週末、私の研究室の大学院生が、６つの遺伝子文字を持つ微生物を培養したのです。早速、お披露目しましょう。これは実際の写真です。

初の半合成生物です。

６種の遺伝子文字を持つ微生物は、とてもクールですよね？皆さんの中には、いぶかしむ方もおられると思います。概念面と実用面からもう少し動機をお話しします。

概念的に、人々は「生物とは何か？」「命を持たない物との違いは何か？」を思考力を得て以来、ずっと考えてきました。

一神教では、多くの人々が、生物は完璧なものと解釈し、創造主がいる証拠として受け止めてきました。神が生物に命を吹き込んだため、生物は他とは異なるのです。より科学的な説明を探る人々もいましたが、それでも生物の分子を特別視していると言ってもいいでしょう。

進化は何十億年間にも渡り、生命を最適化し続けてきました。

皆さんがどうお考えであろうと無茶苦茶な失敗をすることなしに化学者が自然界の生物分子の内部や共に機能する新しい要素を作ることは、不可能に近いように思えます。

「私たちはいかに完璧に作られ進化したのか？」「生物の分子がいかに特別なのか？」こういう質問は、問うことすら不可能でした。

生物と比較する物がないからです。私たちの初めての研究からすると生物の分子は、そんなに特別ではないかもしれません。

私たちが知る生物は、唯一無二の可能性ではないかもしれません。もしかしたら、唯一の答えでも最良の答えでもなく、答えの一つに過ぎないかもしれません。

それらの質問は、生物の基本的問題に触れており、いささか難解なようです。

では、実用面での動機は何かと言うと遺伝子文字を増やした新しい生物が語る新しいストーリーを探求したいのです。ここでのストーリーは、細胞が作ったタンパク質とその機能についてです。

では、半合成生物は、どんな新しい機能を持った新しいタンパク質を作り利用するのでしょう？

いくつかの可能性を思い描いています。

まず、私たちが使用するために細胞にタンパク質を作らせます。現在、タンパク質は、兵士を怪我から守る物質から危険な化合物の検出装置での使用まで、ますます幅広い分野で応用されていますが、少なくとも私が、一番興奮する応用はタンパク質薬剤です。

比較的新しいにも関わらずタンパク質薬剤は、すでに医学��革命を引き起こしました。

例えば、インスリンはタンパク質です。お聞き及びかもしれませんが、薬剤として製造され糖尿病の治療方法を完全に変えました。

でも、問題は、タンパク質は作るのが実に難しく唯一、実用的な方法は、細胞にタンパク質を作らせることです。

当然、自然界の細胞を使えば、自然界にあるアミノ酸を持ったタンパク質を作らせることができます。タンパク質の性質や新薬開発へ応用は、タンパク質を作るアミノ酸の性質によって制限されます。

これらがそうでタンパク質を作るため自然界の20個のアミノ酸が連なっています。

ご覧のとおり、そんなに違って見えません。

それほど多様な機能はなくそれほど多様な機能をもたらしもしません。合成化学者が薬として作った小さな分子と比較してみましょう。タンパク質よりもずっとシンプルですが、通常、ずっと幅広い範囲の物質から作られます。

分子の詳細をお気になさらずともいかに違うかお分かりになると思います。そして、実際、この違いによって様々な病気を治療する優れた薬となるのです。

色々な物質からタンパク質が作れたらどんなタンパク質新薬が開発可能かと思いを馳せるのは実に刺激的です。

半合成生物に新しい多様なアミノ酸を含むタンパク質を作らせることができるでしょうか?

たぶん、そのアミノ酸は、意図した特性や機能をタンパク質に与えるよう選択されるでしょう。例えば、多くのタンパク質は、体内では不安定なのです。急速に分解されたり、体から除去され薬として利用できません。

より良い薬剤として使えるように新しいアミノ酸でタンパク質を作れるとしたら？

タンパク質を体内環境から守り、分解や除去から保護する物質をタンパク質に結合したら？

どうでしょうか？

他の分子を掴むことに特化した小さな手を持ったタンパク質を作れたなら？

新薬開発中、多くの小さな分子は失敗でした。なぜなら人体という複雑な環境で標的を特定できなかったからです。その分子を新しいアミノ酸の一部として作り、タンパク質に組み込みそのタンパク質を使って標的に誘導できるとしたら？

私はバイオテク企業、Synthorxを立ち上げました。Synth(合成)+or(生物)+x(未知のもの)という意味です。最後の「x」はそれが、バイオテク企業のすることだからです。

Synthorxは、私の研究室と協働し、人間の細胞表面にある特定の受容体を認識するタンパク質を研究しています。

しかし、同じ細胞の表面の別の受容体も認識してしまうのが難点であり有害なのです。２番目の悪い受容体と相互作用する部分を大きな傘みたいな物でブロックし、１番目の良い受容体とのみ相互作用するタンパク質を作れたとしたら？

それは実に難しく自然界のアミノ酸では不可能ですが、その目的に設計されたアミノ酸なら可能です。

半合成細胞を小さな工場のように働かせてより良いタンパク質薬剤を作るのは、唯一の興味深い応用という訳ではありません。

そもそもタンパク質が、細胞を機能させるのですから新しい機能を持つ新しいタンパク質を作る細胞があるなら自然界の細胞では、不可能なことをさせられるでしょうか？

例えば、人に注射するとがん細胞を探し、がん細胞を発見した時に限って細胞を殺す毒性タンパク質を分泌する半合成的生物を開発できたなら？

異なる種類の油を食べる細菌を作れたなら石油流失の掃除をするかもしれません、遺伝子文字を増やした生物が、語るかもしれないストーリーのほんの数例です。

素晴らしいですよね？

では、半合成生物を人体に注射したり、海や皆さんのお気に入りのビーチに膨大な量の人工細菌を撒き散らすのはどうでしょう？

ちょっと待ってください。怖いですよね？この恐竜は怖いのです。

でも本当は次の通りです。

半合成生物が生き残るには、XとYの前駆化学物質を与えられる必要があります。XとYは自然界に存在するものと全く異なります。細胞はこれらを持っていませんし、作る能力もありません。

実験室の制御された環境で準備、培養する際、自然界に存在しない大量の餌を与えます。

そして、人体に投与されたりビーチに放出されたりすると特別な餌にありつけなくなり、あまり成長せず少しの間、生き残っても目的の機能を遂行する程度の期間です。

餌を食い尽くし、飢え、餓死して消滅します。

生物に新しいストーリーを語らせるだけでなく、ストーリーを語る時間と場所も指定できるのです。

このトークの序盤で2014年にDNAにXとYという、より多くの情報を持つ半合成生物を創った話をしました。

ただ、お話ししたどの動機にも細胞がXとYを使ってタンパク質を作ることが必要で私たちはその研究を始めました。数年以内に細胞は、XとYを持つDNAをDNAの作業複製であるRNAに複製できるでしょう。

昨年末、私たちは、タンパク質を作るのにXとYを使えることを証明しました。

この講演の目玉である最初の完全な機能を持つ半合成生物です。

緑に光るタンパク質を作っているので細胞が緑に見えます。クラゲから取れるとても有名なタンパク質です。作ったものが見えやすいので多くの人々が自然の形で使います。

しかし、これらのタンパク質の１つずつに自然の生物がタンパク質を作れない新しいアミノ酸が含まれています。

すべての生きている細胞が、４つの遺伝子文字を使ってすべてのタンパク質を作ってきました。ところが、これらの細胞は生きて成長し、６つの遺伝子文字を使ってタンパク質を作ります。

新しい生物の形です。生物の半合成の形なのです。

未来はどうなるのでしょうか？

私の研究室では、ヒトの細胞も含めた他の細胞の遺伝子文字を増やす研究をしています。より複雑な生物の研究も始める予定です。半合成の線虫を考えてみてください。

最後にお伝えしたいのは、私が申し上げる中で最も重要なことですが、半合成生物の時代はすでに始まったということです。

ありがとうございました。

クリス・アンダーソン:これは特に注目に値します。質問ですが、あなたの研究からすると宇宙の他の星に生物が存在する可能性についてどう考えればいいのでしょうか？

生物のすべてが、DNAに基づいているという仮定のようですが、自己複製分子の確率空間は、DNAより高いもがあるのでしょうか？６種のヌクレオチドを持つDNAよりも高いですか？

フロイド・ロムズバーグ:全くその通りです。

私の研究が示すものは、申し上げたとおり常に偏見が付きまといます。

つまり、私たちは完璧であり、最適化され、一神教では、神がこのように人間を作られ進化が我々を完璧にしたと私たちは自然界の分子以外に機能する分子を作りました。

��れが示唆することは、化学と物理の原理に則るいかなる分子もそれらを最適化でき、自然界の分子と同じことをします。

そこに魔法はありません。

そのことは生物が異なる形で進化できることを示唆していると思います。他の種類のDNAを使って私たちと類似ものができるとか、全くDNAを使わないかもしれません。

クリス:確率空間は、どの程度だとお考えですか？知ることができるでしょうか？

DNA分子のようであったり、自己複製して潜在的に生物を創れる全く違ったものかもしれません。

フロイド:個人的意見ですが、新しい生物を発見しても多分気付かないと思います。

クリス:水などがあって生存に適した場所であるゴルディロックス惑星を目指して調査するなんてひょっとして非常に偏狭な仮説かもしれません。

フロイド:話し相手を見つけたいならダメかもしれませんが、ただ別の形の生物を探すというなら街路灯の下で生物を探せると思います。

クリス:全員を驚かせてくれてありがとう。

（個人的なアイデア）

前提として、公人、有名人、俳優、著名人は知名度と言う概念での優越的地位の乱用を防止するため徹底追跡可能にしておくこと。

人間自体を、追跡すると基本的人権からプライバシーの侵害やセキュリティ上の問題から絶対に不可能です！！

これは、基本的人権がないと権力者が悪逆非道の限りを尽くしてしまうことは、先の第二次大戦で白日の元にさらされたのは、記憶に新しいことです。

マンハッタン計画、ヒットラーのテクノロジー、拷問、奴隷や人体実験など、権力者の思うままに任せるとこうなるという真の男女平等弱肉強食の究極が白日の元にさらされ、戦争の負の遺産に。

基本的人権がないがしろにされたことを教訓に、人権に対して厳しく権力者を監視したり、カントの思想などを源流にした国際連合を創設します。他にもあります。

参考として、フランスの哲学者であり啓蒙思想家のモンテスキュー。

法の原理として、三権分立論を提唱。フランス革命（立憲君主制とは異なり王様は処刑されました）の理念やアメリカ独立の思想に大きな影響を与え、現代においても、言葉の定義を決めつつも、再解釈されながら議論されています。

また、ジョン・ロックの「統治二論」を基礎において修正を加え、権力分立、法の規範、奴隷制度の廃止や市民的自由の保持などの提案もしています。現代では権力分立のアイデアは「トリレンマ」「ゲーム理論の均衡状態」に似ています。概念を数値化できるかもしれません。

権限が分離されていても、各権力を実行する人間が、同一人物であれば権力分立は意味をなさない。

そのため、権力の分離の一つの要素として兼職の禁止が挙げられるが、その他、法律上、日本ではどうなのか？権力者を縛るための日本国憲法側には書いてない。

モンテスキューの「法の精神」からのバランス上、法律側なのか不明。

立法と行政の関係においては、アメリカ型の限定的な独裁である大統領制において、相互の抑制均衡を重視し、厳格な分立をとるのに対し、イギリス、日本などの議院内閣制は、相互の協働関係を重んじるため、ゆるい権力分立にとどまる。

アメリカ型の限定的な独裁である大統領制は、立法権と行政権を厳格に独立させるもので、行政権をつかさどる大統領選挙と立法権をつかさどる議員選挙を、別々に選出する政治制度となっている。

通常の「プロトコル」の定義は、独占禁止法の優越的地位の乱用、基本的人権の尊重に深く関わってきます。

通信に特化した通信プロトコルとは違います。言葉に特化した言葉プロトコル。またの名を、言論の自由ともいわれますがこれとも異なります。

基本的人権がないと科学者やエンジニア（ここでは、サイエンスプロトコルと定義します）はどうなるかは、歴史が証明している！独占独裁君主に口封じに形を変えつつ処刑される！確実に！これでも人権に無関係といえますか？だから、マスメディアも含めた権力者を厳しくファクトチェックし説明責任、透明性を高めて監視しないといけない。

今回、未知のウイルス。新型コロナウイルス2020では、様々な概念が重なり合うため、均衡点を決断できるのは、人間の倫理観が最も重要！人間の概念を数値化できないストーカー人工知能では、不可能！と判明した。

複数概念をざっくりと瞬時に数値化できるのは、人間の倫理観だ。

そして、サンデルやマルクスガブリエルも言うように、哲学の善悪を判別し、格差原理、功利主義も考慮した善性側に相対的にでかい影響力を持たせるため、弱者側の視点で、XAI(説明可能なAI)、インターネット、マスメディアができるだけ透明な議論をしてコンピューターのアルゴリズムをファクトチェックする必要があります。

＜おすすめサイト＞

カール・ジューン：これまでのがん治療法を変える「生きた薬」？

シェーン・レッグとクリス・アンダーソン：AGI（汎用人工知能）のトランスフォーマーアルゴリズムな可能性 - そしてそれがい��到達するか

ダニエル・ギブソン：DNAを人工的に作りインターネットで送る方法

ディーナ・ゼリンスキー：DNAをデジタルデータを保存する記憶装置にする

キエン・グエン：色分けされた手術

クレイグ・ベンター：「人工生命」について発表する

リサ・ニップ：宇宙での生存に備えて人類が進化する方法

＜提供＞

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takahashicleaning · 14 days ago

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ＴＥＤにて

シモーニ・ビアンコとツィマーマン：ひとしずくの水の中の生命が織りなす魅惑の世界

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「息を止めてください。それがプランクトンのいない世界です」と発明家トム・ツィマーマンは言います。

この小さな生物は、私たちの惑星の酸素の３分の２を作り出していて、彼らなしに生命が存在しないことは誰もが知る事実です。

このトークと実演において、ツィマーマンと細胞工学者のシモーニ・ビアンコは、一滴の水を3D顕微鏡に映し、私たちをプランクトンと潜るスクーバダイビングの世界へと誘います。

プランクトンという魅力的な生物についての知識を深め、気候変動の目下の脅威からプランクトンを守る意義を学んで下さい。

トム・ツィマーマン（TZ）：皆さんを空想の旅にお連れしたいと思います。

私たちが「the Elders（長老）」と呼ぶ生物を訪れる旅です。彼らをEldersと呼ぶ理由は、５億年前、Eldersによって大気中の酸素量が３倍に増加し、そのおかげで生物が爆発的に増え、私たち皆が誕生したからです。

「Elders」と呼ぶ生物を皆さんは「プランクトン」の名でご存知のはず��これは空想ではありません。現実です。

さてシモーニは、物理学者で私は、発明家です。数年前のこと、私は、自分の発明についてトークを行いました。３Dの顕微鏡でした。シモーニは聴衆でした。彼は、自分の問題が私の顕微鏡で解決できると気づきました。

その問題とは、いかにプランクトンの動きを十分な速さで三次元で測定してプランクトンの感覚や行動を数学的モデルにするか？というもの。

ざっくばらんに言うと、私は顕微鏡の使い道が必要だったので。まさに「渡りに船」でした。

私たちは、共同作業を開始しこの驚くべき生物について学びました。そして、あるものを発見し、危機感を抱きました。それが今日ここにいる理由です。ちょっとみなさんと一緒にやりたいことがあります。では、１秒だけ息を止めてください。

そう、文字通り息を止めるんです。これが、プランクトンのいない世界です。？？？プランクトンは、森林以外に太陽光を使って私たちの吸う酸素の３分の２を作り出します。

では、呼吸してください。

プランクトンはまだいますから、今のところはね。

シモーニ・ビアンコ（SB）：大勢がご存知の通り、1950年以降、地表面温度の平均が１℃上昇しました。原因は、私たちが大気に排出する温室効果ガスのひとつCO2です。

この温度上昇は、私たちにとって大したことではなさそうですが、プランクトンには一大事です。

間接的な測定によると地球上の植物プランクトンの数が、1950年から2010年までの間に40％も減少し、原因は気候変動かも知れないのです。

これは、問題ですよ。プランクトンを食べる、魚介類が飢死するからです。そして世界中の10億人が、主な動物タンパク源を魚介類に��存しています。

だから、これは呼吸だけの問題ではありませんね。プランクトンがいなくなれば、魚介類もいなくなります。すると大量の代替食料が必要となります。他にも興味深いことがあります。

実は、大昔死んだプランクトンが、私たちが今日使う炭素燃料の大部分です。

言うなれば、これは皮肉です。今、生きているプランクトンが、その炭素を大気から浄化しているからです。でも、プランクトンは根に持ったりしません。

問題は、私たちが大気中に排出する炭素のおびただしい量にプランクトンがついて行けないことです。

これの意味するところは、私たちのCO２排出量が多すぎて私たちを養ってくれる生物自体を壊滅する事態だということです。まさに、トムが言ったように私たちの呼吸を助けてくれる生物の約半分を殺すなんて、本当に重大事です。

皆さんはこう自問することでしょう。なぜ我々は、何の策も講じていないのか？私たちの理論では、プランクトンはとても小さく肉眼で見えない生物の世話は至難の業です。

皆さん「星の王子様」に出てくる私が��好きなセリフを引用します「本当に大切なものは、目に見えないんだよ」私たちはこう信じます。

もしもっと多くの人々がプランクトンの線毛に直面できるなら、私たちが一致団結してこの生物を救おうとする機会が増えるでしょう。

この惑星の生命にとって、とても大事な生物なのだから。

＜おすすめサイト＞

ジェニファー・バーディン：海流が起こるしくみ？

クリスティン・ベル：「ネット・ゼロ（相対的なCO2排出量ゼロ）」とは何か？

ジョン・フランソワ・バスタン：地球に１兆本多く木があったら？

ロブ・ナイト：微生物がどのようにして私達を作っているのか

＜提供＞

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