CDCによると、タバコは世界で最も危険な植物であり、年間700万人以上の死因となっている。しかし、今週発表された新たな研究で、コーネル大学とイリノイ大学の研究者たちは、遺伝子工学によってこの植物に新たな方向性を与えようとしている。発がん性物質を持ち込む代わりに、タバコは洗濯用洗剤の原料を生産できる可能性があり、しかも現在のメーカーよりもはるかに安価に生産できる可能性がある。
科学はしばしばフラストレーションのたまるプロセスであり、退屈で挫折に満ちたものです。しかし、時には実験が予想以上にうまくいくこともあります。その好例がこれです。先週Nature Plants誌に掲載された新しい研究で、研究者たちは非常に素晴らしい結果を得て、「驚くべき」という言葉を使いました。タバコに新たな役割を与えようと、エンジニアたちは葉緑体でCel6Aという酵素を作る細菌の遺伝子をタバコに導入しました。
多くの植物酵素と同様に、Cel6Aをはじめとするセルラーゼ（植物細胞の外壁であるセルロースを分解することからこの名が付けられています）は、より大きな化合物を分解することに長けています。Cel6Aは洗濯用洗剤に配合すると非常に有用で、汚れを分解する働きをします。このアイデアは、デザイナータバコの植物を改良してこの酵素を大量に生産させ、単離して洗濯用洗剤を製造するというものです。
研究者たちは以前の研究で、タバコがこれらの酵素を屋内で効率的に生産できることを既に知っていました。今、彼らは屋外でどのように生産されるかを調べたいと考えました。そこで新たな研究では、遺伝子組み換えタバコが実験室（そしてこのアイデアが実現すれば栽培される場所）から遠く離れた屋外の圃場で、雨、暑さ、虫害、感染症といった通常の植物が対処しなければならない変動要因にさらされた状態で、どれほどうまく生育するかを検証しました。その結果、屋外という素晴らしい環境が遺伝子組み換えタバコと驚くほどよく調和し、研究者の予測よりも多くのCel6Aを生産することがわかりました。ただし、温室や栽培室で生産されたタンパク質と比べると、生産量はわずかに少なかったようです。
UCLAで分子植物生物学を研究した元教授のエレイン・トービン氏は、この実験はCel6Aを費用対効果の高い方法で製造する方法を示していると述べている。「彼らは素晴らしいアイデアを持っていて、それを実現させたのです。」
著者の一人であるコーネル大学生物環境工学教授のベス・アーナーは、2009年にフランスの科学者グループから、遺伝子組み換えタンパク質の追加生産がタバコの通常の成長にどのような影響を与えるかを測定するというアイデアを得ました。フランスのタバコ植物は、光合成中に植物が二酸化炭素を捕捉するのを助ける重要な酵素であるルビスコの含有量が少なかったのです。「この初期の研究が、植物にこの負担がかかると何が起こるのかという私たちの好奇心を掻き立てました」とアーナーは言います。彼女は大学院生と共同で、バイオ燃料生産に役立つタンパク質を生産できるかどうかを調べ始めました。博士課程の学生であるジェニファー・シュミットが研究に興味を持ち、二人はCel6Aの研究を始めることにしました。
アーナー氏によると、この研究のための遺伝子は、一般的な堆肥細菌であるサーモビフィダ・フスカから得たという。現在、洗濯用洗剤メーカーは、洗濯用洗剤に含まれる酵素を微生物バイオリアクター（Cel6Aを生成する細菌の巨大な回転槽）で製造している。科学者は、細菌、植物、動物など、何らかの生命体を用いて遺伝子組み換え生物を生産する必要があり、どの方法にも何らかの欠点がある。研究者が使用した最初の生物は細菌で、1982年に初めて公式販売されたヒトインスリンを生成した。しかし、細菌は滅菌環境を必要とするため、科学者は高価な洗浄装置と時間のかかる予防措置を講じなければならない。動物も選択肢の一つだが、動物は神経系を持っているため、倫理的およびロジスティクス上の多くの問題が生じる。
しかし、植物がヒトに病気を伝染させるリスクは低く、人類は1万年以上の植物栽培の経験を持っています。また、米国にはタバコ栽培に充てられた広大な土地があります。研究チームは、遺伝子組み換え植物が他の植物と混ざらないよう、多くの安全策を講じました。植物は繁殖する前に除去しました。それでも、遺伝子組み換え植物の葉緑体（酵素産生遺伝子が存在する部分）のほとんどは母系で受け継がれるため、花粉（植物の精子）が繁殖したとしても、遺伝子変異は伝染しないはずです。
研究者たちはCel6Aを効率的に作製できることがわかったので、シュミット氏によると、次の目標はそれを標準化することだという。そのために、彼女は分子レベルでそのプロセスを理解したいと考えています。タバコの植物は全体として予想よりも多くのタンパク質を生産しましたが、一部の植物は他の植物よりも多く生産していました。「このプロジェクトの最後の段階での私の目標は、推測に頼るのではなく、（推測に頼るのではなく）検証することです」とシュミット氏は言います。「このプロセスを合理化して、将来的にプロジェクトをもう少し迅速に進められるようにすることはできるでしょうか？」
アーナー氏は、研究室では全く異なる機能を果たす可能性のある他の酵素にも取り組んでいる可能性があると述べています。彼女は、産業界がこのプロセスに密室で取り組んでいる可能性を示唆し、公開記録が確実に更新されるようにしたいと考えています。「もしこの分野でこの酵素を栽培している企業があれば、私たちの研究から恩恵を受けられることを願っています。」
科学者の多くは、実験における課題について質問されると長々と答えますが、シュミット氏は、ほぼすべてのステップが計画通りに進んだと述べています。アーナー氏も同意見です。「ある意味、これはかなり偶然の産物だったと言えるでしょう。」
