微生物のゲノムは本質的な部分にまで切り詰められているが、多くの謎が残っている
アラン・ボイル著
科学者らは微生物のゲノムを生命維持に必要な最小限の473個の遺伝子にまで絞り込んだと述べているが、その遺伝子の3分の1が何をするのかはまだ分かっていない。
「その点では、今回の発見は非常に謙虚なものとなる」と、本日サイエンス誌に掲載された研究論文の著者の一人、ゲノミクス研究の先駆者クレイグ・ベンター氏は述べた。
Syn 3.0は、生命の遺伝的メカニズムを解明するための20年にわたる研究成果を基盤としています。これには、合成ゲノムを利用した最初の生物であるSyn 1.0の創出も含まれます。2010年に発表されたこの画期的な成果は、ある細菌種（マイコプラズマ・ミコイデス）からリバースエンジニアリングによって得られた遺伝コードを採取し、人工DNAマーカーを追加した後、別の細菌種（マイコプラズマ・カプリコルム）の細胞に挿入することで実現しました。
それ以来、ベンター氏と、非営利団体のJ・クレイグ・ベンター研究所、および商業姉妹ベンチャーのシンセティック・ゲノミクス社の同僚たちは、そのような生物の生存と繁殖を維持するためにゲノムの何がオプションで何が必須かを整理してきた。
当初、研究チームは最小限のゲノムをゼロから設計しようと試みました。「私たちの設計はどれも失敗しました」とベンター氏は言います。研究者たちはゲノムの設計、構築、そしてテストという試行錯誤のサイクルに頼らざるを得ませんでした。何百回も遺伝子を減らしたり追加したりしました。そして、機能する最小限のセットが見つかると、効率性を高めるために遺伝子の順序を変えました。
「私たちはこれをゲノムのデフラグと呼んでいます」とベンター氏は語った。
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研究者たちは研究を進める中で、一部の遺伝子が機能を重複していることを発見した。つまり、遺伝子に欠陥が生じた場合、片方がもう片方の役割を担う可能性があるのだ。そのため、遺伝子の数を最小限に抑える作業は複雑化した。ベンター氏はこの課題を、双発機のボーイング777を飛行させ続けるために必要なことを見つける作業に例えた。エンジンを片方ずつ取り除くだけでは、どちらのエンジンも不可欠ではないように思えるのだ。
「2つ目を削除するまで、その重要性は実際にはわかりません」と彼は説明した。
もう一つの課題は、149個の謎の遺伝子に関係していました。これらの遺伝子の機能は未知であるため、研究者たちはそれらがなくなるまで、それらが必要であることに気づきませんでした。これは、遺伝学者が生命の仕組みを理解するために、まだどれほどの道のりを歩まなければならないかを示しています。
「生物学の本質的な部分については、私たちは約3分の2しか解明できていません。3分の1はまだ解明できていません」とベンター氏は述べた。
J・クレイグ・ベンター研究所の研究員で、プロジェクトリーダーのクライド・ハッチソン氏は、これらの遺伝子の一部は細胞内での小分子の輸送に役割を果たしているようだと述べた。しかし、詳細はまだ解明されておらず、今後の研究の優先事項だとハッチソン氏は述べた。
Syn 3.0の開発は、ある意味では基礎生物学と遺伝子配列解析における驚異的な技術的成果と言えるでしょう。「まさに傑作です」と、ハーバード大学の遺伝学者ジョージ・チャーチ氏はサイエンス誌に語りました。
別のレベルでは、Syn 3.0のような簡略化されたゲノムは、遺伝子工学のための産業規模のプラットフォームとして機能する可能性があります。研究者らはすでにSyn 3.0の特許を申請していると、ベンター氏は述べています。
シンセティック・ジェノミクス社のDNA技術担当副社長、ダニエル・ギブソン氏は、この最小限のゲノムを「非常に有用なシャーシ」と呼び、バイオ燃料、医薬品、ポリマーなどの製品を製造するための機械を搭載できるとした。ギブソン氏によると、シンセティック・ジェノミクス社はすでに豚のゲノムを微調整し、ヒトの免疫システムに容易に受け入れられる移植可能な豚の臓器を作製することを目指しているという。
Syn 3.0が生命の究極の最小ゲノムとなる可能性は低い。まず、このコードは自然環境ではなく実験室の培地で容易に複製できるように最適化されている。また、種によって必須遺伝子のセットが異なる可能性もある。「同じアプローチが他の種類の生物細胞に適用されれば、多くの最小ゲノムが生まれるだろう」とベンター氏は述べた。
研究者が、生存可能な最小のゲノムでさえその3分の1について未だに解明できていないという事実は、研究者が遺伝子編集ツールをより有効に活用していく中で、教訓となるだろう。「ヒトゲノム編集について議論するには、もっと多くのことが分かるまで時期尚早です」とベンター氏は述べた。
ベンター氏は、このプロジェクトは生命の仕組みを純粋に遺伝子中心の視点で考えるのはあまりにも限定的であることを示唆していると述べた。「生命をゲノム中心の視点、つまりゲノム全体の機能に着目する必要があることを示したと思います」と彼は述べた。「生命はピッコロ奏者というより、交響楽団に近いのです。」
ハッチソン、ギブソン、ベンターの3人は、サイエンス誌に掲載された研究「最小限の細菌ゲノムの設計と合成」の23人の著者のうちの1人である。
