地雷の存在を察知し、不注意な人々に足元の危険を知らせる植物を想像してみてください。このアイデアは、土壌に浸出した爆発物の存在を察知すると赤く変化するシロイヌナズナを開発したデンマーク企業など、多くのグループに影響を与えています。一見すると、人道的な魅力とハイテクなクールさが完璧に融合したように見えます。では、なぜ地雷探知植物がまだ存在しないのでしょうか？それは、バイオデザインの欠陥によるものです。
今日のバイオテクノロジストは、生物をバイオエンジニアリングするための膨大なツールを有していますが、それらを現実世界に適用するのは容易ではありません。例えば、地雷探知プラントを配備するには何が必要でしょうか？まず、バイオエンジニアは爆発物を100%確実に探知し、反応するプラントを開発する必要があります。誤検知は致命的です。これは非常に難しい技術的課題ですが、不可能ではないかもしれません。
次に、地雷探知植物を地雷原に植える必要がありますが、地雷原なので手作業では植えられません。種子は空中投下する必要があるとしましょう。地雷原では誰もガーデニングをしていないので、種子は全く手をかけずに健全な開花植物に成長しなければなりません。つまり、雑草のように成長し、悪条件下でも生き残り、近隣の植物との競争に打ち勝つ必要があります。つまり、このシナリオでは、バイオエンジニアは雑草を遺伝子操作し、雑草自体が問題を引き起こすことを承知の上で、生態系全体に自由に拡散させます。しかも、これは地雷が1つも撤去される前の話です。
もう一つの解決策があります。APOPO（オランダ語で「対人地雷探知製品開発」の意）は、アフリカオオネズミに地雷を感知する訓練を行う非営利団体です。この団体が訓練するネズミは年間わずか40匹です。それでも昨年、1万3000個以上の地雷を回収した後、モザンビークは地雷ゼロであると宣言しました。これは生物学を非常に巧みに応用した例です。この比較から学ぶべき教訓があります。
一つは、バイオエンジニアはツールを開発する前に、「この問題を解決する最善の方法は何か？」とまず自問しなければならないということです。生物学が問題の解決策を提示できるのであれば、その仕事に最適な生物を特定することが重要になります。地雷の特定には、ラットがより良い解決策を提供できるようです。ラットは比較的簡単に訓練でき、様々な化合物を正確に識別し、その存在を人間に知らせることができます。一方、植物は大量の水をろ過し、有毒化合物を中和し、微生物群集を取り込み相互作用し、根を通して広範囲に土壌サンプルを採取し、太陽光を食物、化学物質、バイオマスに変換する能力を持っています。これは、植物を改変して環境条件を感知・検知することが無意味だという意味ではありません。この分野の研究は、植物が環境に適応する方法に関与する遺伝子やタンパク質に関する知識を広げ、将来的には有用なツールとなる可能性があります。
もう一つの教訓は、何かが作れるからといって、作るべきだと思い込みがちだということです。創造の自由は、最終目標が新たな知識の追求である基礎研究においては素晴らしいものです。しかし、現実世界の解決策を考えるバイオエンジニアは、より広い文脈で研究を考え、技術的な実現可能性を超えた問いを投げかける必要があります。効果を上げるには、新しいデザインが世に送り出され、既存のシステムで満たされた経済や社会構造と統合されなければなりません。新技術が直面する課題の多くは、規制、世論、ビジネスインセンティブといった、明らかに生物学的ではないハードルに関係しています。
台湾の学生グループが細菌を使って新しい難燃剤を開発したような、生物学的デザインの事例をもっと見たいと思っています。彼らの科学は革命的ではありません。彼らは2つのタンパク質のDNA配列を細菌に挿入しただけで、その技術は何十年も前から存在していました。しかし、彼らの問題解決の手法は洗練されています。
まず、彼らは解決すべき問題を特定しました。難燃剤はしばしば有毒であり、分解して有毒な副産物を生成することが多く、不透明な歴史があり、全く効果がない可能性もあるため、消防士は家庭での使用を減らすよう要請するほどです。研究チームは自然界に存在する難燃剤に着目しました。牛乳に含まれる主要タンパク質であるカゼインは、ウールと同様に耐火性があります。どちらの場合も、耐火性をもたらすのはタンパク質の特定の化学組成です。炎によってこれらのタンパク質が分解されると、窒素またはリンの濃い雲が発生し、従来の難燃剤と同様に火を消火します。しかし、従来の難燃剤とは異なり、カゼインとウールは無毒です。
研究チームは、この現象を人工的に作製した実験用バクテリアで再現しました。そして、そのバクテリアを綿花に応用しました。こちらは未処理の綿花にバーナーを当てている様子、こちらはバクテリア難燃剤で処理した綿花にバーナーを当てている様子です。効果的で、洗練されています。問題を解決し、適切なツールを使用しています。これは、生物学の思慮深く有用な応用例です。
この記事で学んだ教訓の多くは、皆さんにも馴染みのある内容でしょう。問題に焦点を当てること、解決策に溺れないこと、製品がどのように使われ、誰が使うのかを理解すること。バイオテクノロジストは、潜在的な用途を技術的な特性だけでなく、実用性とデザインにも深く焦点を当てて判断しなければなりません。今日、私たちはバイオテクノロジーの文化、私たちが共有する価値観、そして目指すべき基準を定義する機会を得ています。
キーラ・ヘイブンスは、実験台の後ろで科学者としてキャリアをスタートさせ、現在は合成生物学コミュニティにおいて、複雑な問題に対する巧みに設計されたエレガントな解決策、すなわち美しいバイオテクノロジーの追求に尽力しています。彼女の現在のプロジェクトは、The One Skyイニシアチブです。これは、優れた生物学の価値を明確に示し、消費者が応用生物学について効果的な意思決定を行うためのツールを構築する、独立した非営利団体です。空軍将校だった彼女の過去の人生と、科学界への復帰については、Popsci誌で読むことができます。
