Ginkgo Bioworksはヒト細胞をオンデマンド工場へと変える

ギンコ・バイオワークスのボストンオフィスの窓からは、街の過去の薄汚れた面影を覗き込むことができる。通りの向こう側では、黄色い作業着を着た作業員たちが、乾ドックに停泊中の老朽化した軍艦やタンカーの甲板をこすり洗いし、削り取り、修理している。第二次世界大戦中、5万人がドックと、現在ギンコが拠点としている8階建ての水辺の倉庫で働いていた。合成生物学企業のガラス張りの鋳造工場では、今や人間の存在感は薄れ、アルゴリズムが産業用生物を設計し、ロボット軍団がそれをまるで催眠術のような同期で製造している。

「生物学が原子レベルで精密な製品を作る能力は、人類がこれまでに構築してきた最高の製造システムをはるかに凌駕しています」と、GinkgoのCEO、ジェイソン・ケリー氏は語る。「しかも自己組織化もします。」

口語的には、それは単に「成長」と呼ばれる。流行語はさておき、彼の言うことには一理ある。バイオテクノロジーのユニコーン企業である同社は、既に膨大な数の微生物バイオファクトリーを生産しており、そこでは成長・増殖し、香料や肥料、そして間もなく精神活性物質が放出される。しかも、従来のシステムのほんの一部のコストで実現できるのだ。しかし、ケリー氏はさらに大きな未来を考えている。「ビデオを再生すれば、私たちが生きている間に合成生物学は、私たちが望むものは何でも作れるようになるはずだ。しかも、自己修復機能も組み込まれている」と彼は言う。建物、道路、船といった大きなものから、半導体チップのような小さなものまで。「AppleのiPhoneは、リンゴよりずっとシンプルです」と彼は言う。

しかし、まずは薬です。

これまで、Ginkgoの遺伝子リプログラミングプラットフォームは、バイオリアクターに適したバクテリアや酵母を食品、農業、素材産業向けの製造労働力へと転換する、低次界に限定されていました。しかし本日、同社は最新のファウンドリー「Bioworks 4」を開設し、マウス、ハムスター、ヒトといった動物種を含む遺伝子操作された細胞の受注を初めて開始しました。こうした細胞は近年、製薬会社が抗体やタンパク質などの医薬用生体分子の製造に用いるケースが増えているため、需要が高まっています。そして、がん免疫療法の場合、薬となるのは細胞そのものです。もちろん、多少の調整は必要ですが。

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Ginkgoは過去10年間、合成生物学の中核を成す理論、すなわち細胞はDNAというソフトウェア上で動く機械であるという理論を産業化するビジネスを築いてきた。そのプログラムを変えたい？ビットを反転させるのではなく、AをTに反転させるのだ。ハーバード大学の遺伝学者ジョージ・チャーチとバイオテクノロジストのクレイグ・ベンターと共に合成生物学の祖父の称号を持つトム・ナイトは、2008年にケリーとMITの生物工学大学院生3名と共にGinkgoを共同設立した。当初はDARPAとARPA-Eの助成金に頼りながら（結局は不況のせいだった）、5年間かけて80以上の退屈な実験作業を自動化し、それらをすべてソフトウェアでつなぎ合わせた。2013年、ついに最初のファウンドリーを開設した。

「1890年代に誰かが愛情を込めて組み立てた手作りの自動車と、1927年にモデルAを生産した生産ラインとの違いのようなものでした」とナイト氏は語る。「私たちは、一つ一つの反応を繰り返すだけで物事を進めることにうんざりしていたのです。」

その後、同社はさらに3つのファウンドリーを増設し、敷地面積は18,000平方フィートから100,000平方フィートにまで拡大した。またその頃、ますます安価なシーケンシング技術を備えた科学者たちが、地下鉄や土壌などあらゆる場所にいる微生物から膨大な量のDNAコレクションを集め始めた。Ginkgoのデザイナーたちはそのリソースを使い、バグを再プログラムしてバイオファクトリーを作った。彼らはPythonコードを書き、バラがローズオイルを作るための遺伝子など、目的の遺伝子を生み出す可能性のある1,000個の配列を取得する。ロボットが1,000個のDNA配列を出力して組み立て、別のロボットがそれをバクテリアや酵母に挿入する。次に、1,000個の菌株すべてについて、適応度、効率、収量がテストされる。バラオイルを作っているか？どれくらい作っているか？奇妙な副産物はないか？本来の寿命と同じくらい生きているか、それとも早期に消滅しているか？このプロセスによって候補が2桁に絞り込まれ、これを繰り返す。

「実際、35億年もの間、自然は様々な遺伝子配列を試してきたのです」と、Ginkgoの主任設計者パトリック・ボイルは語る。言い換えれば、機能的な部分はすべて自然界で開発されたものであり、Ginkgoが行っているのは、そのコードを新たな組み合わせでリミックスし、有用な特性を持つ生物を作り出すことだ。ファウンドリーは、それを大規模かつ迅速に行うことができるため、事前に仮説を立てる必要がない。各ファウンドリーは膨大な量のデータを生成し、それを収集して設計原理へと変換することで、将来的にDNAをより効率的に組み合わせるのに役立つ。

ボイル氏は、鋳造工場を、ライト兄弟が重力を克服する前に空気力学の法則を理解するために発明しなければならなかった風洞に例える。「彼らは第一原理だけでそれを成し遂げることはできなかった」と彼は言う。「同様に、私たちもまだ生物学をゼロから設計することはできないのです。」

しかし、事態は急速に進展している。ケリー氏によると、わずか2年前でさえ、Ginkgo社は同じ原理をカスタム設計された哺乳類細胞組立ラインに適用することはできなかったという。マウスやヒトは、細菌や酵母よりもはるかに多くの遺伝物質を持っているからだ。そして、抗体はローズオイルよりもはるかに複雑な製造工程を必要とする。意味のある改変を行うには、非常に長いDNA断片を印刷する必要があった。だからこそGinkgo社は昨年、チャーチ氏が設立した合成DNAプロバイダーのGen9社を買収したのだ。この買収により、Ginkgo社はこのスタートアップ企業の遺伝子印刷装置を吸収した。この装置は一度に最大1万塩基対のDNA断片を印刷することができる（競合する遺伝子ベンダーは最大3,000～5,000塩基対程度）。

このハードルを乗り越えれば、Bioworks 4 は Ginkgo に新たなもの、つまり人間の病気を克服するチャンスを与えることになる。

同社は医薬品開発そのものに参入するわけではない。むしろ、小規模なバイオテクノロジー系スタートアップ企業が、研究室の建設や専門の研究者の雇用といった巨額の初期費用を負担することなく、有望なリード候補を探索できるよう支援したいと考えている。これは、テクノロジー企業が自社サーバーファームの構築ではなくクラウドを利用するのと同じようなものだ。MITの博士課程学生であるケリー氏は、調子が良い日には24個のサンプルからDNAを抽出できると言う。自動化ロボットの支援を受ければ、Ginkgoのオペレーター1人あたり1,000個程度のサンプルを抽出できる。

こうした経済性は、資金調達期間が限られているシードステージのスタートアップにとって魅力的なものとなるはずだ。ケリー氏によると、Ginkgoはすでに、ファウンドリーの社内インフラを活用し、約500万ドルの資金でラボレスでの立ち上げを計画している小規模な顧客と契約を結んでいるという。また、ボストン地域の大手製薬会社も、抗体研究を進めるためにGinkgoと契約を結んでいるという。

Ginkgoが微生物向けに構築したプラットフォームが医療にも変革をもたらすかどうかはまだ断言できませんが、ベンチャーキャピタルは既にその賭けに出ています。昨年12月、Ginkgoは2億7500万ドルを調達しました。これにはリターン投資家のビル・ゲイツからの出資も含まれています。ファウンドリー事業責任者のネイト・テッドフォード氏によると、同社は現在5～6件の建設プロジェクトを並行して進めています。自律型細胞工学が本格化するにつれ、製造業はより生物学的なものへと変化しつつあります。

編集者注 2019 年 9 月 19 日午後 5 時 (東部標準時):このストーリーは、George Church と Craig Venter が Ginkgo の創設者ではなく、合成生物学分野の創設者であることをより明確にするために更新されました。

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