バリー・シュラー: ゲノム学基礎講座

ゲノム学で起きていること この革命は我々の全ての 知識を覆そうとしています 世界 生命 我々自身 それらに対する我々の認識をです

「2001年宇宙の旅」を観た方は ブンブンといううなり声や モノリスを覚えていることでしょう アーサー・C・クラークが表現したのは 我々が進化の重要な分岐点にあったことです ヒトザルが骨を拾って道具にすることを覚え それを使うことによって それまで単に 走り回り 食べ 生殖するだけだったサルが 道具を使って物を作れることを知ったのです そこで我々は次の段階に進化しました

ご存知の通り 特にこの30年位で 知識や技術が加速度的な発展を遂げました 技術がさらなる知識を生み 新しい道具を授けています 我々は多くの重要な出来事に遭遇しました 70年代や80年代初頭には 小型コンピュータができました 一人一人が１台のみならず 20台ものコンピュータを 持つようになるなど 当時誰が考えたでしょう 家の中ではパソコン以外にも 洗濯機や携帯電話など あらゆる機器に入っていて 外へ出れば車には12個の マイコンが搭載されています そうするうちにインターネットを創りだし 世界中を結合して世界はフラット化しました

我々はとても多くの変化に遭遇し 現在のような道具を創りだしてきました 高性能な道具は 我々を内側に目を向けさせるようになり 我々に共通するもの すなわちゲノムに注目が集まります

今日の皆さんのゲノムの調子はいかが？ 最近そんなこと考えたことがありますか？ 聞いたこと位はありますか？ 最近ゲノムを耳にしたことはあるでしょう

ゲノムとは何か 少しご説明しましょう それは人に こう聞くようなものです メガバイトとかメガビットって何？ ブロードバンドって何？ と よく解らないとは 誰も言いたがらないです そこで私の出番です DNAは聞いたことがあるでしょう 生物学で少し勉強したはずです ゲノムは生命体の持つDNAの全てを指します すべての生命に共通するもの それがDNAです イースト菌だろうが マウスだろうが ハエだろうが全ての生命が DNAを持っています DNAは単語のように構成され 遺伝子と染色体の基をなしています

ワトソンとクリックが50年代に DNA分子として知られる美しい 二重らせん構造を初めて解読した時 とても長く複雑な分子ですが その時からDNAの中に我々の性格や特徴 遺伝的に受け継ぐ性質や 発病の恐れを決定する 言語があることを知り始めたのです 同時に これがとても古い 分子であることも分かりました 体内の全てのDNAは 太古の昔からずっと永遠に 我々の生物としての始まりから 存在していたのです DNAには歴史が保管されています

ゲノムの中には我々の種の 歴史が息づいており ひとりの人間として あなたがどこの出身か 何千年も何万年も昔にさかのぼって その歴史が明らかになろうとしています しかし実はゲノムは操作手順書でもあります それはプログラムであり生命の暗号なのです それはあなたを機能させるもの あらゆる生命体を機能させるものです DNAはとても格調高い分子です 長くて複雑な形をしています 皆さんが抑えるべきことは たった4つの文字 A T C G です 各々の文字はある化学物質を表します その4つの文字から言語を作ることができます どんな複雑なことでも表現可能な言語です これらの文字は通常 対になっており 塩基対と呼ばれる単語を作ります 考えてみると つまりは その4つの文字が表現するものが 我々を動かしているわけです

解りにくいでしょうから 身近なコンピュータを 例にとって説明しましょう このスクリーンをご覧ください そこには画像が そして単語が見えていますが 実は１と０が並んでいるだけです コンピュータの言語は二進法なのです どこかで聞いたことがあるでしょう デジタルの世界は１と０の列が変換されて 表現するものから成り立っているのです ですから iTunes や好きな 音楽を聴いている時も 実は１と０の列が高速で 再生されているに過ぎないのです これらの画像も１と０からできていますし 電話や携帯で話している時も ネットワーク越しに 音声が１と０に変換されて 魔法のように飛んでいくわけです 我々が１と０だけで創り出してきた 複雑ですばらしい物は とてもたくさんあります

ここで４文字にまで拡張してみましょう すると複雑性が増し より複雑なメカニズムも 表現できるようになります それが何を意味するか お話しましょう ヒトゲノムを紐解いてみると 32億の塩基対になります とてもたくさんです それらが様々に組み合わさって ヒトができているのです ちなみに 二進法に変換して プログラムの大きさを比較してみると 実はヒトのゲノムはマイクロソフト オフィスより小さいのです 意外と大したデータ量ではないんです ついでにお伝えします 我々もオフィスと同程度にバグがあります (笑)

この出っ張った腹は私のゲノムのバグです そのせいで長年悩まされてきました 病気になるのはゲノムのバグです 現在のところ がんのように 我々が長い間悩まされてきた 多くの病気は 治療法が まだ見つかっていません その疾患がゲノムレベルでどう作用するか 解明されていないからです 今その謎が解明され始めています

これまでの我々の治療法は “下手な鉄砲も数打ちゃ当たる”方法でした つまり この化学物質を投与してみよう そうすれば何とかなるだろうという感じです しかし なぜ正常な細胞がガン細胞になるのか どんなプログラムがガンを誘発するのか どんな命令によりガンが発生するのか分かれば 治療法を検討し確立することができます そこで おいしいワインを片手に ディナーを楽しむ際の豆知識です

我々の遺伝子のうち 2万4千は実際機能しています そのほかに12万の遺伝子が 普段は機能こそしていないものの 種としての我々の歴史を 保存しているのです 何万年もさかのぼって 興味深いことに マウスが持つ遺伝子もほぼ同数です

ピノ・ノワールのゲノム配列を調べてみると 3万個の遺伝子があったそうです 従って遺伝子の数は 必ずしも特定の種の複雑さや その進化の過程を 表しているわけではないようです ちょっと周りをみてください 隣や前後の方を 皆外見が全く違うでしょう ハンサムな人 かわいい人 ほっそりした人 ぽっちゃりした人 人種や文化が違う人などたくさんいますね しかしその遺伝子は99.9％共通なのです 0.1%の遺伝子の差が こうした違いを作りだしているのです 些細な差ですが それが最終的には ヒトや他の種の変化を生み出すのです

現在 既にゲノムを解読することができます 最初のヒトゲノムの解読に10年 金額にして30億ドルかかりました クレイグ・ヴェンター博士の研究成果です その後 DNAの共同発見者の ジェームス・ワトソンが ２百万ドルかけて たった２ヶ月で ゲノム解読に成功しました コンピュータ産業に目を向けると 巨大だったコンピュータは小さくなり そしてより高速で高性能になりました 遺伝子配列解読も同様です 5千ドルと1時間以内の時間でヒトゲノム配列を 読めるようになるのも時間の問題です 5年以内には実現するでしょう

そうなれば あなたも電子カードに 自分のゲノム情報を入れて 持ち歩くようになります こんな感じです 薬を買うときには 汎用の薬ではなく 薬剤師に自分のゲノム情報を渡して 自分に合った薬を処方してもらいます 従来の薬よりはるかによく効くでしょう 副作用もありません コマーシャルでいうような ベトベト感とか 変な副作用も関係ありません そんなものも全部なくなる日がくるでしょう

ゲノムはどんな形をしているのでしょう これです とても長い塩基対の鎖で マウスのゲノムもヒトゲノムも ほぼ変わりありません しかし科学者は現在 これらの機能と意味を調べています ゲノムは特定の動作を意味づけています 例えばブドウの木では 最初の数文字が 根を作り 枝をはって 花を咲かせよ ヒトではこの辺で例えば 血液細胞を作ったり がん化させよ 私の場合は取り入れた 全てのカロリーを貯め込め 寒い地域の出身なのでね 私の妻にとっては 1日3回好きなだけ 食べても全然太らないとか 全てはこの暗号に書いてあり すばらしい早さで解明されつつあります

では解読可能になったゲノムで 一体何ができるのでしょうか 我々は生命の本を手にしようと しているわけですが できることは多くあります わくわくすることも 怖いと感じることもあります いくつかお話ししましょう 不愉快な話かもしれません お許しを まずは生物の歴史を知ることができます

ごく簡単なテストです 頬の内側をかきとって試験に出せば 親戚のルーツが分かります 家系を何千年もさかのぼることができます 機能が分かるようになります これはとても大切です 例えば動脈で血小板ができる理由や 穀物の中でデンプンを作るものの正体 イーストが糖質を代謝し二酸化炭素を 作る理由を知ることができます より大きく言うと 問題を引き起こす物質 病気の原因を調べ治療法を探すことができます これが分かると 改良してより良い生物を作ることができます

さらに大事なことは 自然は壮大な道具箱を 我々に与えてくれたと分かってきたのです 道具箱は実在します 我々よりはるかにすばらしく賢い設計者が 我々に道具箱をお与えになったのです そしていま我々はそれを 使いこなそうとしています ゲノムを解読するだけでなく 設計しようとしているのです

私のシンセティック・ゲノミクス社では ある小さな虫の完全な 合成ゲノムを初めて作りだしました マイコプラズマ・ジェ二タリウムという 非常に原始的な生物です 尿路感染症に罹ったことがあれば この小さな虫のせいです 遺伝子は246個だけの単純な構造ですが ゲノムの完全合成に成功したのです ゲノムがあれば もしや 古いゲノムの代わりに この合成ゲノムを注入して スイッチ入れると生命が起動するのか？ その通りなのです

それだけでなくその合成ゲノムを取り出して イーストなど別の生物に注入すれば イーストがマイコプラズマに大変身 マックのソフトを使って PCを立ち上げるようなものです 反対もできます ゲノムを設計して それを生物に注入すれば いわばソフトウェアが ハードウェアを変えるのです これは大変重大なことです

昨年フランスとイタリアが協力して ピノ・ノワールの配列解読に 成功したと発表しました ピノ・ノワール全体のゲノム配列を解明し ２万９千の遺伝子を特定できたとしています 風味を作りだす代謝経路も発見されました ただし こういった合成物質は 我々のゲノムにある舌の 受容子と結合しなければ 風味は感じとれません

また香りを作りだすにも 実に多くの仕組みが あることも分かりました 病気の耐性が解明されました 研究は継続しており この植物の特性がさらに 解明されつつあります ゲノムを完全に解読しその機能の 全容が明らかになります そこで どうしましょう ゲノムを解読 設計 変更でき 一から設計し直せます さてどうしましょう フランケン・ノワールと呼ぶ新種を作りますか (笑)

ブドウの品種改良に役立ちます ところで 遺伝子組換え生物に不安を感じる皆さん この場所でも他のどこでも あらゆるブドウは 既に遺伝子改良されています 種からではなく接ぎ木して成長したブドウは 自然には存在していないのです

心配ご無用です ずっとやってきていることです 病気の耐性向上に注目してみましょう 収穫量を上げるには必ずしも劇的な 農業技術やコストをかける必要はありません 生育の気候条件を広げることも考えられます ロング・アイランドでもピノ・ノワールが 育つかもしれません なんてことだ (笑)

味と香りも改良できるかもしれません もう少しラズベリーや チョコレート風味を加えたりして これらを全て実現することは可能ですし きっと実現されると思います しかしここには生態系があります つまり我々は勝手に生きる 唯一の生物種ではありません 我々は巨大な生態系の一部なのです

お伝えするのは気が引けますが 実際に 消化器系には約5キロもの微生物が 存在し体内を循環しているのです 海も微生物に満ちています 事実 クレイグ・ヴェンターが海洋中の 微生物の配列解読をした際 ３ヶ月で地球上で既知の 生物種は３倍に膨れ上がりました 水深6mまででもそれだけの 新種が見つかったのです そのような微生物は気候に 対して大きな影響を持っており 二酸化炭素と酸素を制御している ことが分かってきました 植物が大気中に酸素を 供給する以上にです

微生物は地球上のあらゆる場所にいます 氷 石炭 岩 火山の噴火口 驚異的です しかも植物について分かってきたのは ゲノムの理解が進むと同様に 植物を取り囲む生態系 つまり 根に生きる微生物には 植物自身と同じ位 植物の特性を決定すべき 大きな影響力があるのです

根をよく見てみると 実に多種多様な微生物が 生息しているのに気付きます これはブドウ栽培者はよく知っています 彼らは水と肥料に注意を払います これが私の言う “下手な鉄砲も 数打ちゃ当たる” 薬学です ある肥料が植物に良いと思うと それをたくさん与えます 詳細に どの有機物が どんな風味や性質を産むか 知っているわけではありません それが理解でき始めているのです 我々は葡萄園を語り 葡萄園を崇めます “私の葡萄園はすごい 実に素晴らしい” とか言います “この土地を手に入れ 信じられない 葡萄園を作り出した” とも

そう 我々は葡萄園に関して 本当に多くの議論を重ねます やれ気候だ やれ土だと何だと しかし聞いてください そもそも葡萄園が何なのかを 解明できるのです 配列解読されれば分かります そこには何千種もの微生物がいます 人間と違って微生物の配列解読は容易です １～２千程度の遺伝子なので 微生物は何かが分かります

畑に行き 土を掘って それらの虫を見つけ 配列を解読し 好ましい特性と 好ましくない特性に関連づけるのです すると巨大なデータベースとなり それを基に肥料やりができます これで葡萄園は何かが分かります 人は問います “我々は神の真似をしているのか?” 我々が有機体を操作するのは 神の模倣でしょうか? ジェームス・ワトソンに尋ねたい質問です 彼の答えは政治的に物議をかもしますが (笑) “あなたは神を真似しているのか？” と尋ねてみると ワトソンはとても的を得た答えをしました “誰かは真似しないとね” (笑)

私は自分がとても精神的な 人間だと思っていますが 既成宗教を抜きに語ると 自然に反するものなど無いと思っています 化学物質も自然に反するとは思いません 不愉快な話をすると先に言いました 単純なことです 分子や化合物は 発明するものではありません はじめから宇宙に存在しているのです 我々は物質を再構成し 変更するでしょうが 自然の摂理に反するものを 作りはしません

悪影響を及ぼす事態はあり得ます 我々自身を汚染したり 地球を汚染してしまいます しかしそれは失敗の自然な代償なのです 今日起きていることは 自然界が我々に贈った道具箱が とても奥が深いことを我々が認識したことです 驚くべきことに ガソリンを作る微生物がいます 微生物です 酵母を思い出して下さい 微生物は化学工場です 最も洗練した化学工場は自然界にあります そして今や我々はそれらを使うことができます ただしいくつか掟もあります

自然界ではその掟を破ることは許されません 我々はブドウの木を作れますが ブドウの木に赤ん坊を 産ませることは不可能です 自然界には掟があります 我々はその掟の範囲内で動けますが 掟を破ることはできません 我々はその掟を学んでいる最中です それでは質問です もし全ての病気を治すことができ もし病気の動きを理解した上で 病気を駆逐することができ もし生育困難な環境下でも育つ 栄養価が高い健康な植物を作って 飢餓を無くすことができ もしクリーンなエネルギーを 豊富に作ることができ― シンセティック・ゲノミクス社の実験室では 二酸化炭素を吸収しガソリンに 極めて似通った分子を生み出す 単細胞生物の合成に成功しました 二酸化炭素です 糖よりも他の何物よりも 我々が除去したいものです 二酸化炭素とわずかな日光だけで 極めて純粋な脂質を得ることができます エネルギー問題を解決する糸口です 二酸化炭素を減らせるのです 海もきれいにでき ワインも改良できるでしょう もし可能だったら 我々はどうしますか? 答えは単純だと思います 自然に働きかけ 十分に解明した道具箱を活かすことが 人類の進化における次のステップです

最後に私が言いたいことは 今後20年を健康に過ごして下さい そして この講座の中級編 あるいは応用編を受けられるでしょう

ありがとうございました