生物学が救世主となるのか？ – ヘルスケアブログ

キム・ベラード

私は合成生物学に対して、AI と同じように多くの思いを抱いています。技術的な観点からはよく理解していませんが、その可能性には非常に興奮しています。後で説明するように、両者は重なることもあります。しかし、なぜかこれまであまり取り上げたことのないトピックであるバイオプラスチックの最近の開発について、まずはお話ししたいと思います。

まずはワシントン大学（セントルイス）の研究から始めましょう。なんと、紫色のバクテリアに関する研究です。ご存知ない方のために説明すると、私も知りませんでしたが、紫色のバクテリアは「適応力と単純な成分から有用な化合物を作り出す能力で知られる特殊な水生微生物群です」 プレスリリースによると研究者たちはバクテリアをバイオプラスチック工場に変えようとしている。

大学院生のエリック・コナーズ氏が率いる研究によると、2種類の「あまり知られていない」紫色の細菌が、精製してプラスチックを作ることができる天然ポリマーであるポリヒドロキシアルカン酸（PHA）を生成できることがわかった。研究室のスーパーバイザー、タヒナ・ラナイヴォアリソア氏が率いる別の研究では、「よく研究されているが、頑固なことで知られる」別の紫色の細菌に遺伝子を挿入し、PHAの生産を劇的に増加させた。この研究では、細菌を「比較的PHAを生産する」細菌に変えることに役立つ。研究者らは、他の細菌を使ってさらに高レベルのバイオプラスチックを生産できると楽観視している。

この研究は、アリプタ・ボーズ准教授の研究室で行われた。ボーズ准教授は「バイオプラスチックに対する世界的な需要は大きい。CO2を排出せずに生産できる」と語る。₂ 大気中に放出され、完全に生分解されます。この 2 つの研究は、この貴重な材料を生産するための新しい方法を見つけるために、複数のアプローチを採用することの重要性を示しています。」

「これまで注目したことのないバクテリアに注目してみる価値はある」とコナーズ氏は言う。「その潜在能力はまだほとんど発揮できていない」。ボーズ教授も同意見で、「将来的にはこれらのバイオプラスチックが真の解決策を生み出すことを期待している」と語る。

一方、サンヨプ・リー率いる韓国科学技術院の研究者らは、バクテリアを操作して「リング状構造」を含むポリマーを生成した。この構造により、プラスチックの剛性と熱安定性が向上するようだ。通常、こうした構造はバクテリアにとって有毒だが、研究者らは大腸菌がこうした構造に耐え、生成できるようにした。研究者らは、このポリマーが薬物送達などのバイオメディカル用途に特に役立つと考えている。

ワシントン大学の研究と同様に、この研究は大規模な成果を生み出しているわけではないが、研究者たちはそれが可能であると確信している。「収量を増やすことにもっと力を入れれば、この方法はより大規模に商業化できるかもしれない」とリー教授は言う。「私たちは、生産プロセスと回収プロセスの効率を改善して、生産するポリマーを経済的に精製できるように取り組んでいます。」

このポリマーは化学プロセスではなく生物学的プロセスを使用して製造され、生分解性であるため、研究者たちは環境にとって重要になる可能性があると考えています。「バイオ製造は、気候変動と世界的なプラスチック危機の緩和を成功させる鍵になると思います」とリー教授は言います。「私たちは、より良い環境を未来に確保できるように、バイオベースの製造を促進するために国際的に協力する必要があります。」

環境への影響は、バージニア大学の研究者にとっても非常に重要な問題です。彼らは、食品廃棄物から生分解性のバイオプラスチックを作ることに取り組んでいます。「自然に分解する費用対効果の高いバイオプラスチックを作ることで、陸上や海洋でのプラスチック汚染を減らし、温室効果ガスの排出や食品廃棄物に関連する経済的損失などの重大な問題に対処することができます。」 言った 主任研究員のZhiwu “Drew” Wang氏。

研究チームは、食品廃棄物を脂肪に変える微生物を開発しており、それをバイオプラスチックに加工する。こうしてできたバイオプラスチックは簡単に合成できるはずだ。「まずは単層フィルムを作って、実際の製品として利用できるか試すのが最初のステップです」 言った 包装およびシステム設計のシニア、Chenxi Cao 氏は次のように話しています。「酸素や水蒸気のバリア性やその他の特性が良好であれば、次のステップに進むことができます。私たちは、従来のコーティングされた紙製品を PHA に置き換えることを目指しています。現在の紙製品は、ポリエチレンやポリ乳酸でコーティングされていることが多く、完全に分解されません。PHA は、裏庭の環境でも自然界で完全に生分解します。」

このアプローチは現在まだパイロットプロジェクトの段階にあります。

それだけでは十分ではないなら、私たちの体自体がバイオファクトリーとなり、薬やワクチンを届けることもできるかもしれない。今年初め、UTサウスウェスタン大学の研究者らは 報告された 「タンパク質のその場での生成と分泌」に関する研究で、この場合は乾癬と2種類の癌を対象としました。

研究者らは次のように述べている。「この工学的アプローチにより、人体はバイオリアクターとして利用され、本来はトランスフェクトされた細胞の細胞内空間に限定される、事実上あらゆるコード化可能なタンパク質を生成し、全身に分泌することができるため、新たな治療の機会が開かれることになる。」

「この技術により、患者は点滴のために頻繁に病院や外来診療所に行く代わりに、薬局や自宅で月に1回治療を受けられるようになるかもしれません。これは患者の生活の質を大幅に向上させるでしょう」と研究リーダーは述べた。 ダニエル・ジークヴァルト博士 ジークヴァルト教授は、この種の原位置での製造により、炎症性疾患、がん、凝固障害、糖尿病、さまざまな遺伝性疾患の患者の健康と生活の質が最終的に改善される可能性があると考えています。

合成生物学とAIの重なり合う例について触れると約束しました。昨年私は 書いた 「オルガノイドインテリジェンス」がバイオコンピューティングとAIへの新しいアプローチである理由について。今年初め、スイスのFinalSpark社は 発売 同社は、16個の人間の脳オルガノイドをコンピューティングプラットフォームとして使用するニューロプラットフォームを発表し、「AIの次なる進化の飛躍」であると主張している。

「私たちの主な目標は、10万分の1のエネルギーで人工知能を実現することです」とファイナルスパークの共同創設者フレッド・ジョーダン氏は言う。 言う。

今ファイナルスパーク レンタル中 同社のバイオコンピューターを、いくつかのトップ大学のAI研究者に月額わずか500ドルで提供している。「私の知る限り、これをやっているのは世界で私たちだけです」とジョーダン博士は言う。 言った サイエンティフィック・アメリカン伝えられるところによると、約34の大学がアクセスを要求したが、FinalSparkはこれまで 制限がある ミシガン大学、ベルリン自由大学、ドイツのランカスター大学を含む 9 つの機関で使用されています。

サイエンティフィック・アメリカ レポート スペイン国立バイオテクノロジーセンターでは細胞コンピューティングを使用し、西イングランド大学では（本当ですよ！）真菌ネットワークを使用して関連研究を行っています。「真菌コンピューティングは、脳オルガノイドベースのコンピューティングに比べて、倫理的な単純さ、栽培のしやすさ、環境への耐性、費用対効果、既存技術との統合など、いくつかの利点があります」とアンドリュー・アダマツキーは言います。

バイオプラスチック、バイオファクトリー、バイオコンピューティングなど、どれもとてもクールなものばかりです。これらがどこへ向かうのかはわかりませんが、どこへ向かうのか楽しみです。