シアトルに新たに設立されたバイオテクノロジー組織は、生物学への理解を根底から覆す可能性のある自己監視細胞「DNAタイプライター」の研究のため、7500万ドルの資金提供を受ける予定です。ワシントン大学、チャン・ザッカーバーグ・イニシアチブ、アレン研究所による共同研究はすでに開始されています。
「シアトル合成生物学ハブ」と呼ばれるこの共同イニシアチブは、資金が豊富な2つの研究機関の専門知識とワシントン大学医学部の専門知識を組み合わせ、プロジェクトの科学リーダーであるワシントン大学のジェイ・シェンデュール氏が「新しい協力モデル」と呼ぶ方法で取り組むことになる。
ハブ（ウィスコンシン大学キャンパス内のHUB（ハスキー・ユニオン・ビル）とは別物です）は、利己心のない知的な学術的アプローチと開発重視の商業的アプローチのバランスをとることを目指しています。7,500万ドルの資金は5年間の運営に充てられ、その後更新のオプションがあります。
「厳密なロードマップはありませんし、この取り組みの最後に10億ドル規模の企業を創るつもりもありません」とシェンデュア氏はインタビューで語った。「私たちが目指すものが必ず成功する保証は全くありませんし、もし成功していたら、これほど興奮することはないはずです。しかし、実現可能な道筋は見えています。5年後には、この技術を使う企業が私たちだけではないことを願っています。」
問題の技術は、概念的には（実際はそうではないにしても）、いわば「細胞のためのスマートウォッチ」に近い。しかし、イラストとは裏腹に、赤血球がApple Watchを装着している姿を想像してはいけない。むしろ、赤血球が日記をつけている姿を想像すべきだろう。
「生物学は目に見えないところで、時間をかけて起こります」とシェンデュア氏は説明した。「一般的に、生物システムの中でどのように物事を測定するか考えてみてください。顕微鏡や肉眼でさえ、システムを見ることはできますが、見える範囲には限りがあります。たとえ組織を破ってゲノムやプロテオームを測定することはできますが、それは特定の瞬間を見ているに過ぎません。細胞が時間の経過とともに経験するすべてのことを観察したいと思うなら、それは私たちには見えないのです。」
単一細胞モニタリングに関する研究は様々な手法で行われていますが、そのほとんどは細胞をシステムから取り出すか、微小電極で細胞壁に穴を開けるといった侵襲的な手法を用いています。しかし、細胞には実はDNAという記録機構が組み込まれています。最近の研究では、DNAとそれに付随する微生物学的構造を任意の情報の記憶媒体として利用できることが示されています。
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「ゲノムは本質的にデジタルな存在であり、1と0の代わりにA、G、T、Cで構成されています。これは、タイプライターと非常によく似た方法で書き込むことができるという点で便利であり、原理的にはこれを利用して時間の経過とともに情報を記録することができます」とシェンデュア氏は述べた。
「原則として」というのは、もちろん「まだ実現していない」という意味ですが、決して空想ではありません。ただ、さらなる努力が必要であり、シアトルハブはまさにそれを追求するつもりです。
現時点では、この技術はまだ未熟だが、将来性があると彼は続けた。「最初のバージョンは、まるでタイプライターを叩く猿のように、キーをランダムに叩いていました。今では、特定のキーを生物学的に条件付けすることができます。猿が知っている文字は今のところ4文字かもしれませんが、原理的にはその語彙は1000にも達する可能性があります。」
「原理的には」という表現が再び出てきますが、このシステムの初期の成功は、これが研究とエンジニアリング、つまり画期的な成果を期待するのではなく、努力の成果であることを示唆しています。たとえ細胞が何かを「型付け」できるのは、ある分子のレベルが上昇したり、あの分子が不足したりするなど、限られた条件が揃った時だけだとしても、それは生物学全般にとって変革をもたらすツールとなる可能性があります。
使用されているツールは、数十億年にわたって実際にテストされており、基本的に非常に信頼性が高いことも役立ちます。
「DNAでこれを行う利点は、書き込む対象があるだけでなく、書き込んだ記録が次世代の細胞に忠実に受け継がれることです。そして、実際のデバイス、センサー、ライターなど、システムに必要なすべてのコンポーネントもDNAで再現でき、細胞がそれらを構築してくれるのです」とシェンデュア氏は述べた。
これは、複数の機関、複数の分野にまたがるプロジェクトにとって、まさに素晴らしいテストケースです。アレン研究グループ、ワシントン大学、そしてCZIが支援する多くのプロジェクトや組織は、AIなどのデジタルツールや大規模データ、そして計算を用いて生物学へのより深い洞察を得るという、共通の課題の異なる側面に取り組んでいます。
それぞれの科学者やエンジニアはすでにシアトルの互いのオフィスに散らばっており、シアトル自体がバイオテクノロジーと AI の中心地となっている。さらに正式なスペースもまもなく開設される予定だ。
この技術開発の道のりは長いものの、現実的な中期目標はいくつかあります。中でも特に注目すべきは「記録細胞」と「記録マウス」です。つまり、自己記録システムを備えた機能的な生物システム、つまり人間が読み取れるシステムを構築することですが、それ自体が大きな課題です。
これらのシステムの出力と、それらがタンパク質設計や細胞レベル、あるいはシステムレベルの活動にどのように情報を提供するかというフィードバック機構もまた、AIが活躍できる分野です。あるバイオテクノロジー系スタートアップの創業者が述べたように、これらは「異星人のプログラミング言語」のようなもので、言語モデルは驚くほど解読に優れています。（ちなみに、ウィスコンシン大学のベイカー研究室はタンパク質設計の第一人者であり、この新しい拠点と連携する予定です。）
AIは純粋数学とタンパク質幻覚に精通している
しかし、AIシステムがどれほど有望視されているとしても、「この分野ではデータが非常に限られている」とシェンデュア氏は指摘する。顕微鏡検査やゲノムデータがあれば、ある意味では多くのデータが得られるが、細胞が自らの活動について書き記す生きた日誌は、リアルタイムで起こる興味深い生物学的プロセスの金鉱となるだろう。
大きな発表や論文発表が行われるまでにはしばらく時間がかかりそうだが、関係するすべての組織は、これはオープンな取り組みであり、「新しい研究所の調査結果は科学界と広く共有され、世界中の研究室の進歩を促進する」ことに同意した。
同時に価値を創造することができれば（シェンデュア氏が指摘したように、資金と人材をそのような有望な分野に投入すれば、それはあり得ないことではない）、彼らはそれをボーナスとみなすだろう。
