人類は「何千年も前から」酵母の遺伝子操作を行ってきたと、ニューヨーク大学メディカルセンターの研究者で世界有数の酵母生物学専門家であるジェフ・ボーク氏は語る。最初は、彼が大げさに言っていると思った。酵母はここ数十年、科学研究室のいたるところに存在し、まるで顕微鏡レベルの実験用ラットのようにあらゆる方法で研究されてきた。ボーク氏が言っているのはそういうことだと思ったのだ。
しかし彼が言及していたのは、もっと基本的な操作だった。人類はビール醸造やパン焼きの方法を編み出して以来、自らの目的のために酵母を培養してきた。「つまり、私たちは酵母と古くから産業的な関係を築いてきたのです」と彼は言う。
今、彼はこの関係を全く新しいレベルへと引き上げました。ボーケ氏は最近、生物学者チームを率いて、ビール酵母のDNAの染色体1本をゼロから設計・構築しました。（染色体とは、生物のDNAが個別にパッケージ化された部分で、人間のX染色体やY染色体などを指します。）人工酵母染色体は、酵母を構成するDNA全体の約3%を占めています。科学者が酵母のように複雑な生物から染色体を組み立てることができたのは、今回が初めてです。
科学者が酵母のように複雑な生物から染色体を組み立てることができたのはこれが初めてだ。
「真核生物初の染色体の合成と設計は、明らかに画期的な成果です」と、ボーケ氏のチームには参加していないイェール大学の細胞生物学者、ファレン・アイザックス氏は語る。「真核生物」とは、酵母が属する生物群を指す。
2010年にJ・クレイグ・ベンター研究所が細菌のDNAを一から構築したことを覚えている方もいるかもしれません。酵母は細菌よりも進化した生物です。細菌と同様に単細胞生物ですが、その特徴の一つとして、より複雑な方法でDNAを管理しています。そのため、同じ構成要素を使ってより多くのことを行うことができます。
酵母と細菌は大きく異なるため、科学者はそれぞれ異なる名称で呼んでいます。細菌は原核生物と呼ばれます。原核生物は世界で最も単純な細胞の一つであり、地球上で最初に現れた生物に似ています。一方、酵母は真核生物であり、酵母から植物、そして人間まであらゆる生物を包含するグループです。
とはいえ、真核生物のDNAを作ることは原核生物のDNAを作ることとそれほど変わりません。「実際の合成に関しては、DNAはDNAです」とボーケ氏は言います。「原核生物のDNAを合成できるなら、基本的に真核生物のDNAも合成できるのです。」
細菌ゲノムの作製から4年、ボーケ氏が作製した人工染色体は綿密に設計されているという点で、今回の進歩と言える。ボーケ氏の研究チームは自然を単に模倣したわけではない。自然を改良したのだ。DNAの一部を切り取り、また別の部分を追加した。さらには、染色体に潜在的なスーパーパワーを与えるDNA配列を追加した。このスーパーパワーは、何らかのきっかけで活性化されない限り発揮されない。科学者が酵母に特定の化学物質を加えると、人工染色体の特定の部分が新たなランダムな組み合わせに再配置されうる。「まるで進化を誘発できるようなものです」とアイザックス氏は言う。
合成染色体が酵母生命の実用的な設計図となることを確認するため、ボーケ氏らは、天然の人工染色体を取り除いた酵母に、この合成染色体を戻した。天然と人工のハイブリッド酵母は、野生酵母と同様に成長し、繁殖した。「見た目も、挙動も、匂いも、すべて天然酵母と似ています」とボーケ氏は言う。「つまり、次のステップ、つまりゲノムスクランブリングシステムと呼ばれるものを導入しない限り、違いは分からないでしょう。」
チーム外の科学者たちがこの研究を今後どう発展させるかは、今のところ明らかではない。もちろん、ボーケ研究室には独自の計画がある。同研究室は長年にわたり酵母のDNA全体を構築することに取り組んでおり、着実に進歩を遂げている。2011年、世界初の人工細菌染色体の発表から間もなく、ボーケ研究室は酵母染色体の片腕を作製したと発表した。同研究室は今後数年以内に酵母の16本の染色体全てを製造することを目指している。
さらに、ボーケ氏は、チームが開発したDNAスクランブル技術が、研究者やバイオテクノロジー企業にとって新たなバイオエンジニアリングツールとなることを期待しています。科学者や企業は酵母のDNAを改変することで、人々が求める医薬品、バイオ燃料、その他の化学物質を生産できるようにしています。ボーケ氏は、DNAスクランブル技術は、バイオエンジニアが、より効率的で、より丈夫な酵母を発見し、作り出すのに役立つかもしれないと述べています。
アイザックス氏は、将来、バイオエンジニアは、現在最も一般的なタイプのバイオエンジニアリングである既存の DNA の編集と、ボーケ氏が行ったような新しい DNA の書き込みを組み合わせるようになると考えています。
酵母は今後何年も人間のバイオテクノロジーの一部であり続けるようです。
ボーケ氏とその同僚は、酵母の染色体に関する研究をサイエンス誌に発表した。
_3月27日訂正：当初、この投稿ではジェフ・ボーク氏がジョンズ・ホプキンス大学の研究者であると記載されていました。ボーク氏はジョンズ・ホプキンス大学から異動し、現在はニューヨーク大学ランゴーン医療センターに所属しています。_
