合成生物学が私の永遠の命をどう助けるか

2018年3月27日午前6時

最高の自分：永遠に生きる方法

研究者たちは、無期限に保存でき、数十年後にも培養できる最適化されたヒトゲノムを合成したいと考えています。そこで、私は自分のゲノムを提供することに決めました。

ジョージ・チャーチは大抵の人よりも背が高い。中つ国の魔法使いのような長く灰色の髭を蓄え、DNAをつつきつめ、生命の秘密を探るという彼のライフワークは、深遠なる魔法が現実に存在する世界とそれほどかけ離れたものではない。63歳の遺伝学者であるチャーチは、世界最大規模かつ資金豊富な学術生物学研究所の一つを率いており、その本部はハーバード大学医学大学院の巨大なガラスと鉄骨でできた新研究棟2階にある。彼はまた、バイオロボティクスからマンモスの復活まで、あらゆるものの限界に挑戦するという共通の使命を持つ、数多くのプロジェクト、コンソーシアム、カンファレンス、スピンアウト企業、スタートアップ企業の顧問または支援者として名を連ねている。そして昨夏の蒸し暑い8月の朝、彼は私の人生の限界について語りたがっていた。

チャーチ氏は、ゲノム・プロジェクト・ライト（GP-Write）と呼ばれるイニシアチブのリーダーの一人です。このイニシアチブは、世界中の何百人もの科学者の努力をまとめ、様々な生物のDNA合成に取り組んでいます。グループはまだヒトDNAの合成をどこまで進めるかについて議論を続けていますが、しわくちゃのスポーツコートを着て、机代わりに使っている細長い演台の後ろに立つチャーチ氏は、研究室ではすでにこの件について独自の決定を下したと述べています。「今後数年以内に、ヒトゲノムのすべての遺伝子の改変版を合成したいと考えています。」

彼の計画は、ヒトDNAの長い鎖を設計・構築することだ。小さな修正を単に切り貼りするだけでは不十分だ（科学者がDNAを安価かつ容易に編集できるCrisprなどの最新技術のおかげで、今では日常的な作業となっている）。染色体の重要な部分を書き換え、それを自然発生的なゲノムとつなぎ合わせるのだ。もし成功すれば、科学者たちがこれまで合成に取り組んできた細菌や酵母のゲノムとは、野心と複雑さにおいて息を呑むような飛躍となるだろう。「私たちが計画しているのはCrisprをはるかに超えるものです」とチャーチは言う。「それは本の編集と執筆の違いです。」

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チャーチは本書の執筆を通して、人間の物語を自らの意志に沿わせたいと考えている。染色体全体に散在する特定のヌクレオチド（生命のACGT）を置換し、例えばTをAに、CをGに変える「リコーディング」と呼ばれるプロセスによって、細胞をウイルスに耐性を持たせることができるとチャーチは考えている。「HIVやB型肝炎のような」と彼は言う。

「風邪はどうですか？」と私は尋ねます。

彼は頷き、細菌をウイルス耐性に再コード化したのはすでに済んでいると付け加えた。「2016年に発表した論文に書いてあります」と彼は言う。

チャーチ氏をはじめとするヒトDNA合成に取り組んでいる研究者たちは、GP-Writeプロジェクトの一環として、独自の取り組み「ヒトゲノムプロジェクト・ライト（HGP-Write）」を立ち上げました。その成功の見込みは、生物学者たちを熱狂させ、疾患治療やバイオエンジニアリングによる細胞、ひいては臓器の作製につながる可能性を示唆しています。しかし、批評家たちは技術的な課題、高額な費用、そして実用性について頭を悩ませています。国立衛生研究所（NIH）のフランシス・コリンズ所長は、ヒトゲノム全体の合成は可能だと認めつつも、その意義を理解できていません。「十分な時間と資金があれば、おそらく実現可能だと思います」と彼は言います。「しかし、なぜそんなことをしようとするのでしょうか？Crisprのような技術は、今でははるかに容易に利用できるのですから」

また、強力な新技術を使って生命の基本的なコーディングをいじくり回すことには倫理的な問題もある。理論的には、科学者は将来、コンピューターでコードを書くのとほぼ同じくらい簡単に、ヒトゲノムであれヒト以外のゲノムであれゲノムを製造できるようになり、誰かのラップトップ上のデジタルDNAを、たとえばホモ・サピエンスの生きた細胞に変換できるようになる。論争を念頭に置き、チャーチ氏とHGP-Writeの同僚たちは、ヒトのゲノムを鋳造することが目的ではないと主張するが、ヒトDNAにゲノム規模の変更を加えるという大胆さ自体が、論争を引き起こすのに十分である。「他の種の遺伝子を食べ物に組み込むとなれば、人々は憤慨する」とスタンフォード大学の生命倫理学者で法学者のヘンリー・グリーリー氏は言う。「今、私たちは生命の徹底的な書き換えについて話しているのか？身震いするだろうし、背筋がゾッとするだろう。」

怒りがあろうとなかろうと、チャーチと彼のチームは前進を続けている。「まずはヒトのY染色体から始めたいんです」と彼は言う。男性の性染色体を指して。彼の説明によると、Y染色体はヒトの23本の染色体の中で最も遺伝子数が少なく、そのため作製が容易だという。そして彼は、ありきたりのY染色体を合成したいわけではない。彼と彼のチームは、実際のヒトのゲノム、つまり私のY染色体の配列を使いたいと考えているのだ。

「そんなことできるの？」私はどもりながら尋ねた。

「もちろんできますよ。許可があれば」と彼は言い、私のゲノムは彼の研究室のコンピューターにデジタル形式で保存されているので、簡単にアクセスできるだろうと念を押した。これは、彼が2005年に立ち上げた「パーソナル・ゲノム・プロジェクト」というプロジェクトの一環である。（情報開示：私は10年以上チャーチについて取材しており、彼は私が運営する「アーク・フュージョン」という小規模なカンファレンスシリーズの無給アドバイザー17人のうちの1人を務めている。）PGPは何千人もの個人に協力を依頼し、研究者や誰もが利用できる公開データベースに全ゲノムを提供してもらっている。そして私も、このプロジェクトにゲノムを提供していたのだ。

私の許可を得て、キーボードを数回クリックするだけで、チャーチは私のY染色体のデジタル設計図を簡単に表示できます。それから、彼の研究室の科学者たちは私のY染色体の合成レプリカを作ることができますが、違いは一つだけです。彼らは私の染色体の配列をウイルス耐性を持つように再コード化するのです。そしてもし彼らが成功すれば――そしてもし私の残りの染色体を再コード化して人間の細胞に挿入できれば――どちらも大きな「もし」ですが――彼らは理論的には、これらの「修正された」細胞を私の体内に移植し、うまくいけば増殖して私の体の機能を変え、ウイルス感染のリスクを下げることができるでしょう。

しかし、話が先走りすぎている。チャーチは今のところ、私のY染色体を再コード化して合成したいだけだ。「それは君の一部になるんだ」と彼は言う。「完成したら冷凍庫に保管する」。それは、12年、100年、あるいは1000年後に解凍されるかもしれない、最適化された私の姿だ。チャーチの説明によると、その頃には科学者たちは私のゲノムをさらに操作できるようになるかもしれない。彼らは私をより強く、より速く、あるいはもしかしたらより賢くするかもしれない。全く新しいバージョンの私を作り出すかもしれない。将来何が実現可能になるか、誰にも分からない。

生命の基本的な構成要素を理解し、再構築することを目指す分野である合成生物学は、1970年代初頭にその起源を遡ります。スタンフォード大学の生化学者ポール・バーグ率いるチームが、ある生物（細菌からヒトまであらゆる生物）から短いDNA配列を切り取って別の生物（通常は細菌）に貼り付ける方法について重要な発見をしました。この手法により、科学者は微生物の細胞機構を利用してタンパク質を合成できるようになり、そのタンパク質は、貧血患者や透析患者の赤血球産生を促進するために、あるいはツール・ド・フランスで広く使用されているエポジェンのような大ヒット薬を生み出すことになりました。

より大規模な合成生物学は、科学者が完全なウイルスを合成し始めた2000年代初頭に定着し始めた。2010年には、J・クレイグ・ベンター研究所のチームが初の合成自己複製細菌細胞を作成した。しかし、これまでのところ、GP-WriteやHGP-Writeの野心に近づくものはない。これらのプロジェクトは、ヒトゲノムを構成する30億の文字のペアの配列を米国の納税者に27億ドルの費用をかけて解読した大規模な取り組みである最初のヒトゲノム計画にちなんで名付けられている（遺伝学者クレイグ・ベンターが率いた2番目の民間プロジェクトは、はるかに少ない資金で完了した）。「我々はHGP-Writeを（ヒトゲノム計画の）ブックエンドとして見ている」と、GP-WriteとHGP-Writeの創設者の1人で、ソフトウェア大手オートデスクのライフサイエンス部門の元研究者である遺伝学者アンドリュー・ヘッセルは言う。

3年前、カリフォルニア州ソノマ郡のロシアンリバー近くにある、小さくてファンキーなコテージに住んでいたヘッセル氏を訪ねたとき、初めてこの新しいヒトゲノムプロジェクトについて教えてくれたのは、短くてとげとげしたあごひげを生やした痩せ型の54歳のヘッセル氏だった。霧の深い夜、薪ストーブを囲んで赤ワインをすすりながら、ヘッセル氏は、1990年代後半にアムジェン社で、ヴェンター氏の非公開のヒトゲノム研究のデータ解析からキャリアをスタートさせた経緯を語った。「HGP-Read を終えようとしていたときでさえ」と彼は、彼と彼の同僚たちが当初のヒトゲノムプロジェクトを略して使った言葉で言う。「どうやってものづくりを始められるかを見るのが楽しみでした。そして、待っても待っても何も起こりませんでした。想像力の欠如でした。テクノロジーは一定のレベルに達していたのに、誰もそこから先に進んでいませんでした」。彼は Crispr やその他の遺伝子編集技術が登場するのを見守っていたが、それらは彼を満足させなかった。

2015年、ヘッセル氏は「書き込み」プロジェクトに本腰を入れ、チャーチ氏に、後のGP-Write（およびHGP-Write）となる取り組みを主導するよう依頼した。チャーチ氏は、ニューヨーク大学の著名な合成生物学者であるジェフ・ボーク氏も共同リーダーに加わるよう主張した。このグループの目的は、より高速で安価な技術開発の促進から、生命合成の倫理的枠組みの開発まで多岐にわたる。彼らはまた、フランシス・コリンズ氏らがヒトゲノム合成について投げかけた疑問、つまりなぜそれをするのかという問いにも、すでに答えを持っている。ヘッセル氏、チャーチ氏、そしてグループは、ウイルス耐性細胞、合成臓器、新薬の開発に利用できる可能性がある、ゲノム全体にわたる大規模な変化の可能性について語っている。しかし、合成ゲノムを生殖細胞で活性化し、子供に伝える遺伝子を変える可能性については、彼らは一線を画している。「私たちは人間の赤ちゃんを創っているのではなく、ゲノムを書いているだけだ」とヘッセル氏は主張する。「人工赤ちゃんを作るための本当の作業は次の世代にやってくるだろう。」

昨年5月、GP-Writeはニューヨーク・ゲノムセンターで初の公開会議を開催しました。2日間にわたるこの会議には、中国、日本、英国、カナダ、シンガポール、米国を含む10カ国から、科学者、倫理学者、弁護士、教育者、市民科学者、芸術家、政策立案者、そして企業など250名が参加しました。「等温増幅アレイを用いた合成遺伝子配列の拡張」や「ガバナンスシステムの予測と理解」といったセッションが行われました。

会議では、組織が検討中または支持しているパイロットプロジェクトに関するプレゼンテーションが行われました。例えば、コロンビア大学のハリス・ワン氏は、哺乳類細胞をバイオエンジニアリングで作製し、通常は食物から摂取しなければならない重要なアミノ酸やビタミンを大量生産する栄養工場にすることを目指しています。コロラド州立大学のジューン・メドフォード氏が発表した別のプロジェクトは、植物のゲノムを再設計し、水をろ過したり化学物質を検知したりできるようにすることです。彼女は会議で、爆発物検知用の低木に囲まれた空港のゲートのスライドを示しました。

GP-Write運動は昨年、ニューヨーク大学のボーケ研究室がパン酵母のゲノムを構成する16本の染色体のうち6本を完全に合成したと発表したことで、新たな大きな進展を迎えました。ボーケ氏は今年末までに16本全ての染色体の合成を完了させる予定です。「酵母の遺伝子設計図を解きほぐし、合理化し、再構築することを目指しています」と彼は言います。「16本全ての染色体を合成できたら、機能する酵母細胞を作り出す予定です。」

これは驚くべき成果となるだろうが、酵母の遺伝子数はヒトの約4分の1しかないことを考えると、ヒトゲノムの全部、あるいは一部を合成する複雑さには遠く及ばない。ボーケの酵母ゲノムで合成された16本の染色体のうち、最長のものは約100万塩基対になる。塩基対とは、DNA二重らせんの各鎖に沿って、はしごの段のように遺伝子の文字が2倍になったペアのことである。Y染色体は5900万塩基対で、ヒトの23本の染色体の中で最も短い部類に入る。一部の科学者は、ヒトゲノム全体、つまり30億塩基対すべてを書き換えるには30億ドル以上の費用がかかると見積もっているが、これは法外な費用がかかるだけでなく、おそらく不必要だ。「染色体に重大な変更を加えるために、すべてを書き換える必要はない」とチャーチ氏は説明する。「重要な部分だけを書き換えればいいのだ。」

2002年、 WIREDが当時まだ新しかったゲノムシーケンシング技術をわかりやすく人間味あふれるものにしようと試みた活動の一環として、私は遺伝子解析を受けた最初の一人となった。当時、私のゲノム「読み取り」は非常に個人的な意味を持つもので、DNAの奥深くに埋もれた健康に関する秘密が明らかになると主張していた。取材の一環として、サンディエゴに拠点を置くSequenom社が、アルツハイマー病や高血圧から一部のがんに至るまで、さまざまな疾患リスク因子に関連する数百のDNAマーカーの検査を行った。例えば、Sequenom社の科学者たちは私の6番目の染色体に変異を発見し、後に心臓発作のリスクがわずかに高まることが判明した。23andMeなどのサービスでゲノム解析を受けた多くの人々と同様に、私はこの情報を「知っておいてよかったこと」として心の中にしまっておいた。 15 年 (そして心臓発作はゼロ) が経ち、私自身の HGP-Write プロジェクトについて考えていたとき、自分の一部が部分的にコピーされ、再コード化されて新しく改良されたものになっていると知ったらどんな気持ちになるだろうかと考えました。

昨夏チャーチ氏と会った後、私はハーバード大学ヴィース生物学インスパイアード工学研究所の会議室で彼のチームと面会した。そこはチャーチ研究室本館の裏手にあるガラスと鋼鉄でできた素晴らしい建物だった。チームには4人の研究者と、32歳のアルバニア人ポスドク、エリオナ・ヒソリ氏がいた。黒髪を編み込み、真剣な面持ちのヒソリ氏は、私のY染色体をどのように構築するかを丁寧に説明してくれた。

ヒソリ氏によると、遺伝子合成は研究者が被験者のデジタル遺伝子配列をコンピューターで調べることから始まるという。彼女は光るスクリーンに私の遺伝子配列の一部を見せてくれた。それはこんな感じだ。

CGG CGA AGC TCT TCC TTC CTT TGC ACT GAA AGC TGT AAC TCT AAG TAT CAG TGT GAA ACG GGA GAA AAC AGT AAA GGC AAC GTC CAG GAT CGA GTG AAG CGA CCC ATG AAC GCA TTC ATC GTG TGG TCT CGC GAT CAG CGG CGC AAG ATG GCT CTA GAG AAT CCC CGA

…などなど。ヒソリ氏によると、チャーチ氏のチームは私のY染色体にあるすべてのヌクレオチドを合成するのではなく、細胞がどのようなアミノ酸（そして最終的にはタンパク質）を生成するかを決定するコドンと呼ばれる個別の遺伝子単位に焦点を当てるという。各コドンは3つのヌクレオチド（例えばATGやTCC）で構成されており、ヒソリ氏とチームはコドン内の特定のヌクレオチドを交換することで、細胞にウイルス耐性を与えるゲノム全体の変化を起こせると考えている。標的のコドンが再コード化されると、ヒソリ氏はこの遺伝子設計図をIntegrated DNA Technologies社に送り、そこでオリゴヌクレオチド（オリゴ）と呼ばれる、実際のDNAの小さなカスタムメイドセグメントが作成される。IDT社はオリゴを凍結乾燥させ、ヒソリ氏に返送する。彼女と研究者たちはオリゴを解凍し、それをどんどん長い配列につなげていく予定で、新しいセグメントごとに染色体が完成する方向に一歩近づくことになる。

いずれにせよ、それが計画であり、プロセスが完了するまでには最大1年かかる。その間、私はヒソリに、DNAの書き込みの仕組みを、もっと大げさではない形で実演してもらうよう頼んだ。最初は、彼女にとって（自分にとっては）簡単なことだと思うので、彼女は乗り気ではなかった。しかし、すぐに同意し、以前の遺伝子検査で明らかになった、心臓発作のわずかなリスクに関連する変異を含む、私の6番目の染色体上のDNA断片を選んだ。この遺伝子断片の改良版を作るため、ヒソリは自分のコンピューター上で危険な変異を修正する。さらに、念のため、このDNA断片をウイルス耐性を持つように再コード化する。その後、ヒソリは再コード化されたDNA断片をIDTに注文し、数日後に届いた。

研究者たちは、断片を受け取ると、それをクローン化し、よく知られた細菌である大腸菌の細胞質に注入する。遺伝学者は、大腸菌の急速な増殖速度を利用するために、これを頻繁に行う。数日後、大腸菌は私の改変された染色体を十分に生産したので、ヒソリ社は、私の小さな断片が入ったペトリ皿の中の細菌の写真を送ってくれた。ナノサイズの斑点が実際に見えるわけではないが、細胞の中に緑色に光る塊が飛び散っているのを見ることはできる。この塊は、クラゲから採取した「蛍光レポーター遺伝子」によって生成されるもので、科学者はこれをこの方法で遺伝子にタグを付ける際に日常的に使用している。光る点が点在する、汚れた茶緑色の微生物のスープは、私自身の姿とは程遠いが、いつか、ペトリ皿の中の、より完全な、飾り立てられた私の全ゲノムを見る日が来るかもしれないと思うと、少し身震いした。

この合成ミニミーを作る最終段階は、修復された遺伝子を保存すべき細胞に組み込むことです。ただし、どんな細胞でも良いわけではありません。科学者たちは私の白血球を使って、いわゆる人工多能性幹細胞（iPS細胞）を作ります。つまり、体内のあらゆる細胞に成長できるということです。（このバイオエンジニアリングは、ウィスコンシン州マディソンに拠点を置くCellular Dynamics Internationalという企業によって行われています。同社は製薬会社や学術機関向けに幹細胞を製造しています。）将来的には、これらの細胞を私の体に注入して、体の働きを変えられるようになるかもしれません。しかし現時点では、「編集された細胞を体内に取り込むのは非常に困難です」とヒソリ氏は言います。「多くの組織の場合、直接注入して、ごく一部が生き残り、成長するかどうかを待つことができます。あるいは、血液幹細胞を静脈注射して、骨髄や胸腺に定着するかどうかを確認することもできます。」その技術が成熟するまで、私のこれらの改変された細胞は凍結保存され、将来、私自身、あるいはもしかしたら他の誰かがアクセスできるようになります。

チャーチ氏は、ゲノムスケールの合成生物学を支える技術はまだ初期段階にあり、困難で、費用もかかると警告する。GP-Writeはまだ多額の資金を調達していないが、チャーチ氏やボーケ氏のような個々の研究室は、全米科学財団や国防総省の研究開発機関であるDARPAといった政府機関から資金を調達している。今のところ、再コード化されたY染色体、あるいはヒソリ氏が私の6番染色体に加えた小さな修正が、近いうちに移植される日を待ちわびているわけではない。しかし、倫理的、技術的、そして安全性に関する数々の問題が解決されれば、それらは冷凍保存されることになるだろう。

しかし、良くも悪くも私を私たらしめているこの原始的なコードが、いつかどのように使われるのか、私は疑問に思います。もし安全で、意図しない悪影響がないのであれば――本当に大きな「もし」ですが――この技術を使って新薬を開発したり、病気を予防できるようなゲノムワイドなDNAプログラミングの調整を行ったりすることには、私は大賛成です。しかし、もし治療の壁を乗り越えて、私や私の子供たちがより賢く、より強くなるよう強化されたら、どんな気持ちになるだろうか、と疑問に思います。繰り返しますが、もしそれが安全で、実際に効果があるのであれば、多くの人がそのアップグレードを熱望するでしょう。しかし、ゲノム規模の再コーディングを用いるにせよ、Crisprのような他の技術を用いるにせよ、そのような新しく改良されたゲノムが、私たちを全く別の人間に変えてしまうのかどうかは疑問です。

これが今後数年、数十年でどのように展開するかは誰にもわかりません。しかし、いくつかの改良を加える以上のことを可能にするツールが今まさに開発されつつあると、ハーバード大学の生物工学者パム・シルバーは言います。「原動力となるのはあなたの想像力です。」彼女は、人間が通常は食物から摂取しなければならないアミノ酸を作るためにDNAを再設計するGP-Writeプロジェクトに参加しています。彼女の考えには、ボストン大学名誉教授で遺伝学者のチャールズ・カンターも賛同しました。カンターは、2002年にシーケノムで私の最初のDNA「読み取り」を手助けしてくれました。カンターは、科学者や倫理学者は実際にはあまりに臆病すぎると考えています。「ゲノムの記述について考えるとき」と彼は言います。「人々が書くことができるさまざまなジャンルについて考えるのが好きです。個人的にはフィクションが好きです。光合成でエネルギーを得るように設計された人間や、歩くことができる植物を作るなど、まったく新しいゲノムを考え出すことです。」

主流派の研究者たちが、ウイルスに抵抗する細胞や、歩き回る可能性のある植物について真剣に考えているという事実は、チャーチ、ヘッセル、ボーケといった科学者たち、そしてヒソリのような若手研究者たちが、こうした問題について公に語り、GP-Writeのような団体を率いて、可能な限り透明性を保ち、標準に準拠させることが、より一層重要になっていることを示しています。「科学者たちがこうした問題について考えていて、ただ単にマッドサイエンティスト的なことをしているわけではないということは、一般の人々にとって安心材料になると思います」と、NIHの倫理的・法的・社会的影響研究プログラムのプログラムディレクター、ニコール・ロックハートは述べています。あるいは、ヘッセルの言葉を借りれば、「悪意のある人物によるこの技術の悪用を阻止することはできないかもしれませんが、この技術が何らかの形で登場することを考えると、できる限りオープンにしておく方が良いのです」ということです。

彼女の研究室への最後の訪問の際、私は Hysolli に、私の Y 染色体の合成が終わったら次にどの染色体を試すのかを尋ねました。

「まだ分かりません」と彼女は言う。もしかしたら、21番か22番といった他の小さな染色体かもしれない。チャーチ博士は彼女とチームに、X染色体を試すよう勧めている。

「現時点では、それはちょっと多すぎるかもしれない」とヒソリ氏は言う。なぜなら、Y染色体の遺伝子の数は10倍以上で、Y染色体よりずっと長いからだ。

私は彼女に、再コード化された合成ヒトゲノムの残りを作成するために、これらの染色体と他の染色体の配列を誰のものとして使用するのかを慎重に尋ねました。

「あなたの笑顔がほしいです」と彼女は言い、ほんの少し微笑んでから仕事に戻った。