合成生物学は人類に疫病をもたらすかもしれない

2014年7月1日午前11時30分頃、食品医薬品局の科学者がメリーランド州ベセスダにある国立衛生研究所の冷蔵エリア、3C16号室に入った。

FDAは1990年代初めからこのスペースを生物学研究用のサンプルを保管するために使用していたが、シルバースプリングにある近隣のキャンパスへの移転に備えて整理していた。

中に入った科学者は、保管庫の左端の雑然とした棚に12個の謎の段ボール箱が置かれているのを目にし、一つをこじ開けて中身を確認した。中には、白い綿のロールに包まれた何十個もの細長い小瓶が溶けたガラスで封をされていた。ラベルの多くは擦り切れて判読不能だった。科学者は、フリーズドライされた物質が入った容器に気づいた。そのラベルには、判読できる単語が一つだけ書かれていた。「variola（天然痘）」。これは天然痘の別名で、19世紀のイギリスの歴史家トーマス・バビントン・マコーレーが「死をもたらす最も恐ろしい病気」と評した。

この非常に感染力の高いウイルスは、濃厚接触、体液、または汚染された物体を介して感染します。水痘のように始まり、高熱が出て嘔吐しやすくなります。口の中に発疹が現れ、皮膚の下から小さなビー玉が突き出るかのように、全身に急速に広がります。感染者の約30%は2週間以内に死亡します。生き残った人も、しばしば傷跡が残り、失明したり、容貌に障害を負ったりします。

天然痘は何世紀にもわたって世界を襲いました。イギリスの医師エドワード・ジェンナーが免疫システムをこの病気に対抗させる方法を発見したのは、1796年のことでした。しかし、彼が開発したワクチンが完全に実用化されるまでには、数世紀を要しました。天然痘は19世紀から20世紀にかけて推定5億人の命を奪い、1980年にようやく世界中で根絶されました。しかし、この雑然としたメリーランド州の研究室には、恐ろしいポックスウイルスの瓶が6本、忘れ去られていました。その中には、今もなお増殖し、計り知れないほどの人々に感染する能力を持つ生きたサンプルが少なくとも2本含まれていました。

FDAは2年間にわたるバイアルの起源調査の結果、1954年2月10日に製造されたと特定しました。しかし、これらのバイアルがNIHの冷蔵室に保管されていた経緯や理由は解明できませんでした。この事件をきっかけに、見落とされていた可能性のある他の危険物質の調査が政府全体で開始され、FDAの感染性物質の保管に関する方針の改訂につながりました。60年前の天然痘株は、世界保健機関（WHO）職員の監視下で廃棄されました。

サンプル容器の存在は、もう一つの恐ろしい可能性を提起した。天然痘が再び流行する可能性だ。もしこれらのサンプルが残っていたら、他にどれだけのサンプルが残っているか誰にも分からない。米国は3億2800万人の米国民全員を守るのに十分な量の天然痘ワクチンを保有している。しかし、天然痘根絶後の数十年間で、科学者たちは、HIV感染者、妊婦、新生児、がん生存者など、いくつかのグループの人々が、心臓炎や脳感染症といったワクチンの合併症のリスクにさらされていることを発見した。これらの人々のほとんど、そして彼らと同居している人も、このワクチンの服用を避けるよう勧告される可能性が高いだろう。こうした重大な制約を考慮すると、多くの保健当局者や研究者は、より優れた天然痘ワクチンの開発が急務だと考えている。

カナダ、アルバータ大学のベテランウイルス学者、デイビッド・エヴァンス氏を突き動かしているのは、まさにこの使命です。かつてイギリス領だった北ローデシア（現在のザンビア）の衛生担当官の息子であるエヴァンス氏は、30年以上にわたりポックスウイルスの研究に携わってきました。

天然痘に関する世界屈指の専門家の一人であるエバンス氏は、この病気、あるいは天然痘の仲間の厄介な病気が、敵対的な政府、テロリスト、あるいは遺伝子編集や市販の DNA 断片を使ったアマチュアのバイオハッカーによって復活させられるのは時間の問題だと考えている。

もしそうなった場合、世界は可能な限り最も安全で効果的なワクチンを用意しておく必要があると彼は言う。ワクチンを改良する最良の方法は、ウイルスそのものから抽出したワクチンを作ることだ。

そこで2年前、バイオ工学で作られた可能性のあるウイルスから身を守るためのヘイルメリー的な試みとして、エバンス氏と研究仲間は考えられないことを実行した。彼らは、郵送で入手したDNAを使って、絶滅した天然痘の近縁種である馬痘を復活させたのだ。

このフランケンシュタインのような行為は国際科学界の激しい怒りを巻き起こし、エヴァンス氏は合成生物学界のウォルター・ホワイトと評された。激しい怒りを引き起こしたにもかかわらず、エヴァンス氏には後悔の念はない。悪意ある者が復活するよりも、自らがこれらの恐ろしい亡霊を最初に復活させる方がましだと、このウイルス学者は主張する。「国家主体や技術的に高度な国がこれを実行しようと決意すれば、何者も止めることはできない」とエヴァンス氏は付け加え、だからこそ備えておくべきだと訴える。

約40年前、アフリカ、アジア、南米で数百万人にワクチン接種が行われ、天然痘が根絶されたとき、それは人類史上最大の偉業の一つとして称賛されました。冷戦時代の冷酷な外交行為として、最後の2つの天然痘サンプルは将来の研究のためにアトランタの疾病管理予防センターとシベリアの州立ウイルス学・バイオテクノロジー研究センターに保管されました。それ以来、世界保健機関（WHO）はサンプルの安全性を確保するために、常に監視を続けています。

2001年、エヴァンズ氏はWHOの天然痘に関する科学諮問委員会に加わった。委員会メンバーの多くは、ロシアと米国が天然痘の最後のサンプルを完全に破壊することを目指していた。「委員会が『はい、これで全て終わりです。彼らは研究目標をすべて達成しました。委員会を閉鎖してウイルスをオートクレーブ滅菌してください』と言ってくれることを期待していました」とエヴァンズ氏は語る。

しかし翌年、ニューヨーク州立大学ストーニーブルック校の科学者らが行った実験により、サンプルを破壊するだけでは不十分な可能性があることが示唆された。2002年7月11日、研究者らは、1979年に米国で根絶されたポリオウイルスを合成したことを発表した。合成DNAを使用してゼロからウイルスが作成された初の事例だった。この研究は、テロリストがそのようなことを実行できるかどうかを確かめるために、国防総省の資金提供を受けた。答えはイエスだった。ニューヨーク州立大学の研究者らは、郵送で入手したDNAとオンラインの公開データベースから参照した遺伝子配列を使用して3年をかけてウイルスを作り上げました。この実験の意外な成功により、サイバーパンク風の生物兵器時代の到来、そして合成生物学の科学を用いて、致死率が飛躍的に高い病気である天然痘を研究室で作り上げることができる可能性が浮上した。

エバンスにとって、この研究はどんなウイルスも真に絶滅したとは言い切れないことを証明した。「『ああ、まあ、天然痘根絶に尽力する人たちにとっては、これは前兆だ』と私は言った」と彼は回想する。ポリオ流行の復活後、彼はWHOに対し天然痘の復活の可能性についていち早く警告した一人だった。しかし、彼の警告は無視された。エバンス氏は思慮深い科学者のように見えるが、彼のフラストレーションは募るばかりだった。まるでチキンリトルのように、手遅れになるまで対策が取られないのではないかと恐れていた。「世の中の仕組みはご存じでしょう」と彼は言う。「危機に焦点を当てるでしょう？あれは危機ではなかったのです」。少なくとも、その時はまだ。

9月のエドモントンの爽やかな秋の日、アルバータ大学の散らかったオフィスで、エバンスは青いボタンダウンシャツとカーキ色のズボンを身につけ、机の前に座っている。薄い白髪に小さな丸眼鏡をかけている。窓辺には大きな顕微鏡が置かれ、棚にはウイルスに関する分厚い本がずらりと並んでいる。コンピューターに貼られた2枚のステッカーは、彼の生来の懐疑心を象徴している。1枚は「本当？」、もう1枚は「一体何なんだ？」（「記者って疑わしい」と、会って数分も経たないうちに彼は私に言った。）

合成DNAサンプルの購入は驚くほど簡単だ。この取引は、業界主導の団体である国際遺伝子合成コンソーシアム（IGSC）によって監督されている。政府機関と協力して注文と購入者を審査しているのだ。しかし、このような監督体制では、危険なDNAサンプルが闇市場で購入されるのを防ぐことはできない。オンラインでざっと検索するだけで、中国、ドイツなどからのサンプル供給元が数十件も見つかる。「中国は規制されていない製薬会社があることで悪名高いですよね？」とエバンズ氏は言う。中国のバイオハッカーは「規制されていないDNA合成会社を経営する能力が十分にある」可能性がある。

2015年6月、エヴァンス氏とその同僚による合成生物学の研究もあって、公衆衛生アドバイザーは天然痘の再流行の可能性を警告する報告書を発表しました。報告書は、「単純な化学物質から合成できるDNA断片の利用可能性が高まっているため、天然痘ウイルスの再現が可能になるだろう」と指摘し、「これは、熟練した実験技師、あるいは比較的簡素な実験室でウイルスを扱う学部生によって実行可能である」としています。

翌年、当時の米国国家情報長官ジェームズ・クラッパーは、バイオエンジニアリングによるパンデミックを機関の最大の懸念事項の一つに挙げました。世界脅威評価報告書では、北朝鮮の核兵器、シリアの化学兵器、ロシアの巡航ミサイルに加え、ゲノム編集を現在の大量破壊兵器および拡散兵器の評価対象に加えました。ビル・ゲイツが2017年のミュンヘン安全保障会議で警告したように、「次の流行は、遺伝子工学を用いて天然痘ウイルスの合成版を作ろうとするテロリストの思惑から発生する可能性がある」のです。

それだけでは不十分だったかのように、ロシアから不穏な謎が浮上した。シベリア・タイムズ紙は2017年初頭、ロシアで唯一の天然痘サンプルが保管されている国立研究施設を運営していた63歳の微生物学者、イリヤ・ドロズドフ教授が、故郷のロシア南西部サラトフから姿を消したと報じた。その後、これ以上の情報は公表されていない。WHOの広報担当者は、WHOの「調査の存在を確認することも否定することも権限ではない」と述べた。

エヴァンス氏は長年、同僚たちに天然痘対策を強化するよう訴えてきた。しかし、セス・レーダーマン氏と出会うまで、同じ志を持ち、この問題に取り組む意志と資金を持つ科学者はいなかった。ニューヨークの企業トニックス・ファーマシューティカルズのCEO兼共同創業者であるレーダーマン氏は、バイオディフェンス技術と薬剤の開発研究への資金提供に関心を持っていた。

レダーマン氏もエバンス氏と同様に、天然痘の流行の可能性を懸念している。「新しいワクチンが緊急に必要です」と彼は言う。天然痘の予防接種は1978年に終了しており、世界中で40歳未満の約50億人が接種を受けていないことになる。

コロンビア大学医学部の元准教授であるレーダーマン氏は、自社を解決策の創出に全力で取り組む覚悟でした。彼は、より優れたワクチンの鍵は、天然痘のあまり知られていない近縁種である馬痘にあると確信していました。馬痘は人体に有害ではないとされていますが、その遺伝子構造は天然痘と密接に関連しています。理論的には、ウイルスの起源に近づけば近づくほど、より効果的なワクチンを開発できるはずです。

エバンズ氏は興味をそそられた。しかし、疾病予防管理センター（CDC）は1976年にモンゴルで感染した馬から採取した馬痘のサンプルを1つしか保管しておらず、エバンズ氏はそのサンプルを商業目的で利用することは難しいだろうと述べた。馬痘を入手する別の方法があるとエバンズ氏はレーダーマン氏に説明した。10年前にポリオウイルスを合成したのと同様に、合成DNAを用いてウイルスをゼロから再現するという方法だ。馬痘のゲノム配列は2006年に研究者らによって公開され、ウイルス復活へのロードマップを示していた。

エヴァンスは成功できるかどうか確信が持てなかった。カサンドラの警告にもかかわらず、天然痘科のウイルスを人工的に作製した者は誰もいなかった。レーダーマンは、この試みは賭けに値しないと判断し、エヴァンスの研究室に馬痘を復活させるため20万ドルの資金提供を申し出た。

エヴァンスに天然痘の近縁種を再現することに疑問はなかったかと尋ねると、彼はためらった。「その点についてはよく考えてみてください」と彼は言った。「私は論争は好きではありません」。彼はポリオウイルスが合成された際に何が起こったかを目の当たりにし、当時の研究者たちと話し合った。エヴァンスは、多くの人が自分の選択に同意しないだろうと認めた。しかし同時に、そのようなウイルスの作り方は既に知られており、ただ誰もまだそれを実現できていないだけだと強く信じていた。だからこそ、これは天然痘ウイルスの合成版が想像可能であるだけでなく、現実味を帯びてきていることを証明するチャンスだった。「人々がそれが可能かどうか議論し続けている限り、何も実現しないでしょう」とエヴァンスは指摘する。今こそ、それらの疑問に終止符を打つ時だったのだ。

2016年、アルバータ大学バイオセーフティオフィスの承認を得て、エバンス氏はドイツのレーゲンスブルクに拠点を置くDNA合成会社GeneArt社からDNA断片10個を購入しました。FedExで気化した粉末の状態で届いた合成DNAは無害でした。「もしお望みなら、食べることもできます」とエバンス氏は言います。「おそらく、ポップロックスのようなシュワシュワとした酸味があると思います」

馬痘ゲノムの組み立てという骨の折れる作業は、エバンスの研究助手であるライアン・ノイスという名の若き微生物学者に委ねられた。ノイスは黒髪を短く刈り込み、「Get shit done（やれ、やれ）」と書かれた靴下を愛用している。エバンスと同様に、彼もウイルスの微妙な違いを研究することにキャリアを捧げてきた。

ウイルスをゼロから構築するのは、レゴブロックを組み立てるようなものだ。10年前、エバンス氏は「ヘルパーウイルス」（ポックスウイルスの別の形態）を用いてDNA複製を開始するプロセスを改良した。このプロセスでは、ヘルパーウイルスが細胞内で増殖し始めると、ノイス氏はピペットを用いて馬痘DNAを含む溶液を注入する。「ここにピース、ここにピースと置いて、モルタルで固めるのです」とエバンス氏は言う。DNA断片は、一種の接着剤として機能するDNAリガーゼと呼ばれる酵素によって互いに接着される。DNA断片が適切な方法と条件下で細胞に導入されれば、自然な生物学的プロセスによって結合し、うまくいけばウイルスへと成長する。

ノイス氏は、断片の配列から細胞への挿入タイミングに至るまで、プロセスのあらゆるステップを正確に実行しなければなりませんでした。連鎖のどこかに不具合があれば、プロセス全体が崩壊してしまいます。「膨大な計画、タイミング、そして設計作業が必要です」とエバンズ氏は説明します。

平日の毎朝7時半、ノイスはアルバータ大学のキャンパスを横切り、薄暗いエバンスの研究室へと向かった。彼は長い白衣に着替え、コンピューターと顕微鏡の間を行き来しながら10時間、馬痘の既に公開されているゲノム配列に基づいてDNA断片をつなぎ合わせていた。

ある日、研究室で18ヶ月間、綿密な研究を重ねたノイスは顕微鏡を覗き込み、ある光景を目にした。馬痘ウイルスに感染した細胞が一掃されている光景だ。彼はポックスウイルスの再現に成功したのだ。しかし、この興奮は、これから起こるであろう事態の現実に気づき、すぐに冷めてしまった。ノイスは、より優れたワクチンの開発に貢献できれば、ポックスウイルスの復活に伴う「潜在的なデメリットを上回る」と確信していた。しかし、ウイルスの歴史を考えると、「議論が起きることは分かっていました」とエバンズは言う。

3人は2018年1月に科学誌PLOS Oneに研究結果を発表したが、即座に容赦ない反発が起きた。批評家たちはエバンスとノイスがパンドラの箱を開け、人類を疫病の暗黒時代に逆戻りさせかねないと非難した。ワシントン・ポストの編集委員会は「この研究はテロリストやならず者国家に天然痘ウイルスを再構成するレシピを与える可能性がある」と書いた。ジョンズ・ホプキンス大学ブルームバーグ公衆衛生大学院の健康安全保障センター所長トム・イングルズビーはナショナル・パブリック・ラジオでこの研究を非難し、「世界で天然痘を作り出すハードルを下げるものはすべて危険な道だ」と述べた。ジョージ・メイソン大学のバイオ防衛プログラムの所長グレゴリー・コブレンツは科学誌Health Securityで、馬痘の合成は「世界の健康安全保障への脅威としての天然痘の再出現に世界を一歩近づける」と警告した。

PLOS Oneの論文は、規制強化を求める声も引き起こした。大量破壊兵器による攻撃を阻止するために活動する非営利団体、核脅威イニシアチブ（NTI）の国際生物学政策・プログラム担当副社長、エリザベス・キャメロン氏は、「生物兵器の製造・改変能力は、政府の監視や国民の議論をはるかに上回っている」と不吉な警告を発した。

エバンズ氏は、批判が的外れだと感じており、依然として憤慨している。「私たちの研究に関する報道で特に腹立たしかったことの一つは、まるでそれがとても簡単だったかのように書かれていたことです」と彼は言う。「いや、そんなことはありません。ライアンはこれを作るために全力を尽くしたのです。」今のところ、エバンズ氏とノイス氏が行ったようなウイルスの合成には高度な専門知識が必要だ。しかし、そのような偉業を達成するのは難しいかもしれないが、エバンズ氏でさえ「それができると知らせるだけで、より多くの人が取り組みやすくなる」と認めている。

この研究論文は、連邦政府が、誰かが合成ウイルスを作成し、拡散させるという脅威に対する防衛力を強化するよう促したようだ。6月には、米国科学・工学・医学アカデミーが231ページに及ぶ研究論文を発表し、一般的なインフルエンザウイルスのような既存のウイルスでさえ、実験室で改変され、免疫反応を回避し、治療薬に抵抗性を示す可能性があると警告した（補足記事参照）。手遅れになる前に、潜在的な脅威をより適切に評価するための取り組みが現在いくつか進められている。

DARPAは、ゲノム編集技術の偶発的または意図的な悪用から軍人を保護するため、「Safe Genes」と呼ばれるイニシアチブを立ち上げました。同局は、合成生物兵器の影響に対抗し、その影響を逆転させるための軍事ツールの開発に取り組んでいます。国家情報長官室も、合成生物兵器の検出と評価のためのより優れた方法を見つけるための独自のイニシアチブを発表しました。このシステムは、危険なウイルスの製造に必要な構成要素が、不正な行為者によって入手されるのを防ぐように設計されています。

より優れたスクリーニングツールを作るため、政府はMITの博士号取得者グループが設立したバイオテクノロジーの新興企業、Ginkgo Bioworksに協力を求めた。ボストン港沿いの古い陸軍倉庫を拠点とするGinkgoの主な事業は、持続可能な農業から香水まであらゆる用途に使えるカスタム微生物を作ることだ。だが、政府との契約により、このバイオテクノロジー企業は潜在的に有害なウイルスや細菌の「脅威リスト」に載っている遺伝子配列を認識できるアルゴリズムの構築にも貢献した。このソフトウェア（文字通りのウイルス対策プログラム）は、DNAを合成するすべての企業のサーバーに自主的にインストールされる。まるで遺伝子関連の無頼漢の指名手配リストのようだ。「誰かが馬痘を合成しようとしたら、警鐘が鳴る」とGinkgoのコードベース責任者、34歳のパトリック・ボイルは言う。その時点で、DNA企業であるGinkgoは買い手に質問し、正当な理由があれば売買を拒否できる。

もちろん、こうした自動チェックシステムでさえ、闇市場の悪質な業者からサンプルを入手する意志の強い購入者を防ぐことはできません。コンピューターウイルスと同様に、新しいウイルスは社会がその存在に気づく前に、どこからともなく現れます。致死性を持つ可能性のある合成DNAへの対策も同様です。

Ginkgoの科学者たちは、DNA取引を取り締まることになるとは夢にも思っていませんでした。しかし、Crisprのようなツールによって新しい生物の作製がより安価かつ容易になったため、技術は急速に執行措置を凌駕しつつあります。ボイル氏は、20年後には自宅で天然痘ウイルスを合成できるようになると予測しています。彼はこの状況を、コンピューターウイルスの概念がまだ新しい、コンピューター黎明期に例えています。「もし私が米国政府で働いていたら、1975年にウイルス対策ソフトウェアの開発に資金を提供したかったでしょう」と彼は言います。「まさに今、私たちは同じことを考えています」ただし、今回は合成生物ウイルスです。

この不確かな局面において、合成生物学は新たな領域に足を踏み入れつつある。技術と資金力を持つ他の研究者がエヴァンスとノイスに続き、他のウイルスを複製するのは時間の問題だろう。すべてのウイルスが致命的というわけではないが、科学者やバイオエンジニアたちは新たな脅威を予測し、防御するために競争を続けている。人工的に作られた病気がいつ現実のものとなるかは誰にも分からない。もしそうなった場合、犯人は実験室で訓練を受けたテロリストかもしれないし、地下室に潜むバイオハッカーかもしれないし、不器用な大学院生かもしれないし、逃亡中のロシア人微生物学者かもしれない。

一方、エヴァンス氏とノイス氏の馬痘に関する研究は、現在、TNX-801と呼ばれる新たな天然痘ワクチンの基礎となっています。このワクチンは、彼らの研究に資金を提供した製薬会社トニックス社によって開発されています。昨年発表された研究では、このワクチンがマウスを天然痘の近縁種から効果的に防御することが示されました。

現在、エヴァンス氏とノイス氏は、馬痘の研究で得た知見を活かし、DNA断片を用いてがん細胞を標的とし、破壊する腫瘍溶解性ウイルスを作製しようと試みている。彼らが働く研究室を通り過ぎ、静かな廊下を抜けた窓のない部屋では、ベージュ色の冷凍庫が零下79度で唸りを上げている。中には、合成馬痘サンプルが厳重に保管されている。

写真に写っている物はイメージであり、記事で取り上げられている実際の物ではありません。

David Kushner (@davidkushner) は、最近では『The Players Ball: A Genius, a Con Man, and the Secret History of the Internet's Rise』の著者です。

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