Craig Venter: On the verge of creating synthetic life

クレイグ・ベンター：目前に迫る合成生命の創造

翻訳: Yuki Okada 校正: Masahiro Kyushima

You know, I've talked about some of these projects before --

以前、これらのプロジェクトに関してお話したと思います

about the human genome and what that might mean,

ヒトゲノムの解読や 新しいいくつかの遺伝子を発見することが

and discovering new sets of genes.

どのような意味を持ちうるかという事です

We're actually starting at a new point:

私たちは、新しい出発点にいます

we've been digitizing biology,

私たちは、生物をデジタル化してきましたが

and now we're trying to go from that digital code

そのデジタル情報を用いて

into a new phase of biology

生命のデザインや合成を行うという

with designing and synthesizing life.

まったく新しい生物学の時代に 突入しようとしています

So, we've always been trying to ask big questions.

私たちはいつも、大きな謎について問いかけています

"What is life?" is something that I think many biologists

「生命とは何か」という問いかけは、多くの生物学者が

have been trying to understand

様々な観点から理解しようと

at various levels.

していると思います

We've tried various approaches,

私たちは様々な手法で

paring it down to minimal components.

生命をその最小構成要素にまで 切り刻んできました

We've been digitizing it now for almost 20 years;

かれこれ20年近くデジタル化を進めています

when we sequenced the human genome,

ヒトゲノムの全塩基配列を決定した時

it was going from the analog world of biology

生物学はアナログなものから一転して

into the digital world of the computer.

コンピューターで扱うような デジタルな世界に変化しました

Now we're trying to ask, "Can we regenerate life

現在私たちは、このデジタルな世界の中で生命を再生させる

or can we create new life

もしくは新しい生命を創造することが

out of this digital universe?"

可能かどうかを問いかけています

This is the map of a small organism,

これは、マイコプラズマ・ジェニタリウムという

Mycoplasma genitalium,

小さな生物のゲノム地図で

that has the smallest genome for a species

研究室の中で自己複製が可能な種の中で

that can self-replicate in the laboratory,

最小ゲノムを持っています

and we've been trying to just see if

私たちは、これ以上に小さいゲノムを

we can come up with an even smaller genome.

作れるかどうか調べています

We're able to knock out on the order of 100 genes

およそ500遺伝子の中から、100遺伝子の単位で

out of the 500 or so that are here.

遺伝子を取り除くことに成功しました

When we look at its metabolic map,

この代謝マップを見ると

it's relatively simple

ヒトの代謝マップよりも

compared to ours --

比較的シンプルです

trust me, this is simple --

信じてください、これでもシンプルなんです

but when we look at all the genes

しかし、個別に取り除けるかどうか

that we can knock out one at a time,

全ての遺伝子を見渡してみると

it's very unlikely that this would yield

生きた細胞を生み出す

a living cell.

見込みはほとんどありません

So we decided the only way forward

そこで、私たちはこの問題を打開するには

was to actually synthesize this chromosome

いくつかのもっとも基本的な疑問を問うために

so we could vary the components

構成要素を変化させられるよう

to ask some of these most fundamental questions.

染色体を実際に合成するしかないと考えました

And so we started down the road of:

そこで、私たちはまず

can we synthesize a chromosome?

「染色体を合成することは可能か」という命題に取り組みました

Can chemistry permit making

果たして化学で

these really large molecules

今までやった事がないような

where we've never been before?

巨大分子を作ることが可能なのでしょうか

And if we do, can we boot up a chromosome?

もし可能な場合、染色体を「起動」させることは可能なのでしょうか

A chromosome, by the way, is just a piece of inert chemical material.

染色体は、ただの不活性な化学物質に過ぎないのです

So, our pace of digitizing life has been increasing

私たちの生命のデジタル化に向けた研究は

at an exponential pace.

急激なペースで進展してきました

Our ability to write the genetic code

私たちの遺伝子コードを合成する能力は

has been moving pretty slowly

そこまで早くはないものの

but has been increasing,

着実に加速されてきています

and our latest point would put it on, now, an exponential curve.

そして最近の成果は、指数曲線上に乗ります

We started this over 15 years ago.

私たちはこの研究を15年前から始めました

It took several stages, in fact,

実際には、最初の実験を行う前に

starting with a bioethical review before we did the first experiments.

生命倫理に関する審査を始めとする数々の段階を踏まねばなりませんでした

But it turns out synthesizing DNA

実験で分かったのは、DNAを合成することは

is very difficult.

非常に難しいという事です

There are tens of thousands of machines around the world

世界には、30から50塩基程度の小さなDNAの断片を

that make small pieces of DNA --

合成する装置が何万台も

30 to 50 letters in length --

存在していますが

and it's a degenerate process, so the longer you make the piece,

DNA合成は縮重的なので 合成されるDNA断片が長くなるほど

the more errors there are.

多くのエラーを含んだ断片が出来てしまいます

So we had to create a new method

そこで、これらの小さな断片を結合させ、全てのエラーを修正させる

for putting these little pieces together and correct all the errors.

全く新しい手法を開発しなければなりませんでした

And this was our first attempt, starting with the digital information

これは、PhiX174ゲノムのデジタル情報を元にゲノムを人工合成した

of the genome of phi X174.

私たちの初めての取り組みです

It's a small virus that kills bacteria.

これは、細菌を殺す小さなウイルスです

We designed the pieces, went through our error correction

私たちは、DNA断片を設計し、エラーの修正過程を経て

and had a DNA molecule

およそ、5000塩基程のDNA分子を

of about 5,000 letters.

合成することに成功しました

The exciting phase came when we took this piece of inert chemical

最も興奮したのは、この不活性な化学分子を細菌内に

and put it in the bacteria,

注入した時に、細菌がその遺伝コードを

and the bacteria started to read this genetic code,

自発的に読み込み、ウイルス粒子が

made the viral particles.

産生された時でした

The viral particles then were released from the cells

次にウイルス粒子が細胞外に放出され

and came back and killed the E. coli.

再び細胞内に侵入した後、大腸菌を殺したのです

I was talking to the oil industry recently

私は最近、石油業界の方々と話をしましたが

and I said they clearly understood that model.

皆さんこのモデルをよく理解して おられると私が言うと—

(Laughter)

(笑)

They laughed more than you guys are. (Laughter)

彼らは皆さん以上に笑っていましたよ

And so, we think this is a situation

これは、生体システムにおいて

where the software can actually build its own hardware

ソフトウェアが自身のハードウェアを構築することができる

in a biological system.

状況に他なりません

But we wanted to go much larger:

しかし、私たちはもっと大きなものを 作りたかったのです

we wanted to build the entire bacterial chromosome --

細菌の染色体をまるごと作成したかったのです

it's over 580,000 letters of genetic code --

これは、58万文字もの遺伝子コードに相当します

so we thought we'd build them in cassettes the size of the viruses

そこで、私たちはウイルスサイズの カセットとしてDNAを作り

so we could actually vary the cassettes

それらを実際に変化させることで

to understand

生きた細胞の

what the actual components of a living cell are.

構成要素とは何であるか理解しようと考えました

Design is critical,

染色体のデザインは決定的に重要であり

and if you're starting with digital information in the computer,

コンピューター上のデジタル情報から 設計を始める為には

that digital information has to be really accurate.

その情報は非常に精確でなければなりません

When we first sequenced this genome in 1995,

私たちがはじめてこのゲノムの塩基配列を1995年に決定した時

the standard of accuracy was one error per 10,000 base pairs.

その精度は標準的に、１万塩基につき、 １塩基の誤差が含まれるものでした

We actually found, on resequencing it,

私たちが、再度配列決定を行った際

30 errors; had we used that original sequence,

実際に30塩基 誤りを見つけました オリジナルの配列を使用していたら

it never would have been able to be booted up.

人工染色体は起動しなかったでしょう

Part of the design is designing pieces

設計の一環としては

that are 50 letters long

50塩基長の配列が、他の50塩基長の配列と

that have to overlap with all the other 50-letter pieces

重複することで小さなサブユニットを

to build smaller subunits

形成するようにしていることです

we have to design so they can go together.

それぞれの配列が互いに重なり合うように設計しなければなりません

We design unique elements into this.

私たちはこれにユニークな要素を加えました

You may have read that we put watermarks in.

「透かし」を入れたのです

Think of this:

つまりこういう事です

we have a four-letter genetic code -- A, C, G and T.

遺伝コードは、A、C、G、Tの4文字です

Triplets of those letters

そのうちの3文字の組み合わせで

code for roughly 20 amino acids,

およそ20のアミノ酸に対応します

such that there's a single letter designation

それぞれのアミノ酸には、一文字の記号が

for each of the amino acids.

指定されています

So we can use the genetic code to write out words,

これにより、遺伝子コードを用いて単語や、文章を

sentences, thoughts.

（アミノ酸配列として） 書くことが出来るのです

Initially, all we did was autograph it.

私たちが最初に行ったのは、自分たちの名前を埋め込む事でした

Some people were disappointed there was not poetry.

ある人々は詩を埋め込まなかった事に落胆したようです

We designed these pieces so

私たちは、これらの断片を

we can just chew back with enzymes;

酵素分解できるように設計しました

there are enzymes that repair them and put them together.

これらの断片を修正しつつ、つなぎ合わせる酵素が存在します

And we started making pieces,

このような手順で、私たちはまず

starting with pieces that were 5,000 to 7,000 letters,

5千から7千塩基長までの断片を用意し

put those together to make 24,000-letter pieces,

それらを繋ぎ合わせて 2万4千塩基長の断片にし

then put sets of those going up to 72,000.

このセットを元に 7万2千塩基長までの断片を作りました

At each stage, we grew up these pieces in abundance

それぞれの工程で、断片を多量に作ることで

so we could sequence them

それらの配列決定ができるようにしました

because we're trying to create a process that's extremely robust

なぜなら、今ご覧に入れるように

that you can see in a minute.

誤差の生じない合成プロセスの構築を目指しているからです

We're trying to get to the point of automation.

この工程が自動化されるレベルにまで到達できることを目指しています

So, this looks like a basketball playoff.

これは、まるでバスケットボールのプレイオフのように見えます

When we get into these really large pieces

このように、10万塩基以上もの巨大な断片が

over 100,000 base pairs,

合成される段階に入ると

they won't any longer grow readily in E. coli --

大腸菌内ではたやすく合成されなくなってしまいます

it exhausts all the modern tools of molecular biology --

分子生物学における最新手法が通用しないことから

and so we turned to other mechanisms.

私たちは他のメカニズムに目を向けました

We knew there's a mechanism called homologous recombination

生物には、自身のDNAをつなげ、修復する

that biology uses to repair DNA

相同組み替えというメカニズムが

that can put pieces together.

存在します

Here's an example of it:

これはその例です

there's an organism called

300万ラドの

Deinococcus radiodurans

放射線に耐えられる

that can take three millions rads of radiation.

デイノコッカス・ラディオデュランスという生物がいます

You can see in the top panel, its chromosome just gets blown apart.

図の上半分を見て頂くと、染色体が粉々になっていることがわかります

Twelve to 24 hours later, it put it

12時間から24時間後

back together exactly as it was before.

染色体は以前と同じように修復されます

We have thousands of organisms that can do this.

多くの生物種はこのような能力をもっています

These organisms can be totally desiccated;

これらは完全な乾燥状態を生き抜くことが可能で

they can live in a vacuum.

真空でも生きることが出来ます

I am absolutely certain that life can exist in outer space,

私は、生物が宇宙空間に存在し、移動して、新しい水性の環境を

move around, find a new aqueous environment.

見つけ出す事ができることを確信しています

In fact, NASA has shown a lot of this is out there.

実際に、NASAはこういうことをいろいろ示しています

Here's an actual micrograph of the molecule we built

これは私たちがこれらのプロセスを用いて合成した分子の

using these processes, actually just using yeast mechanisms

実際の顕微鏡写真です　酵母菌のメカニズムを利用し

with the right design of the pieces we put them in;

正しく設計したした染色体の断片を細胞内に導入しました

yeast puts them together automatically.

酵母菌はそれらを自動的に繋げ合わせます

This is not an electron micrograph;

これは電子顕微鏡写真ではなく

this is just a regular photomicrograph.

光学顕微鏡写真です

It's such a large molecule

あまりにも巨大な分子のため

we can see it with a light microscope.

光学顕微鏡で見ることができます

These are pictures over about a six-second period.

これらの写真はおよそ６秒の間に撮影されました

So, this is the publication we had just a short while ago.

これはつい最近、私たちが発表した論文です

This is over 580,000 letters of genetic code;

これは58万塩基以上もの遺伝子コードで構成されています

it's the largest molecule ever made by humans of a defined structure.

人類によって生み出された最大の定義された分子であり

It's over 300 million molecular weight.

分子量は、3億以上です

If we printed it out at a 10 font with no spacing,

もし、スペース無しでフォントサイズを10に指定し印刷した場合

it takes 142 pages

この遺伝子コードを

just to print this genetic code.

印刷するだけで、142ページ必要となります

Well, how do we boot up a chromosome? How do we activate this?

それでは、この染色体を始動させるにはどうすればよいでしょうか

Obviously, with a virus it's pretty simple;

ウイルスの場合は非常に簡単です

it's much more complicated dealing with bacteria.

細菌を扱う場合は、はるかに複雑になります

It's also simpler when you go

私たちのように

into eukaryotes like ourselves:

真核生物の場合も簡単です

you can just pop out the nucleus

細胞から細胞核を抜き出し

and pop in another one,

別の細胞核を入れるという

and that's what you've all heard about with cloning.

皆さんがご存知のクローン技術を使うのです

With bacteria and Archaea, the chromosome is integrated into the cell,

細菌や古細菌の場合は、染色体は細胞内に一体化しているのですが

but we recently showed that we can do a complete transplant

最近、私たちは、細胞内の染色体を

of a chromosome from one cell to another

別の細胞に完全に移植し、機能させることが

and activate it.

できることを証明しました

We purified a chromosome from one microbial species --

私たちは、まず単一の微生物種の染色体を精製しました

roughly, these two are as distant as human and mice --

大雑把に言うと、移植先と移植元は、ヒトとマウスと同じくらい異なる種です

we added a few extra genes

次に私たちは、この染色体を判別できるように

so we could select for this chromosome,

新たにいくつかの遺伝子を加えました

we digested it with enzymes

そしてタンパク質を全部取り除くため

to kill all the proteins,

酵素消化をしました

and it was pretty stunning when we put this in the cell --

私たちイラストを見ての高度に洗練されていると

and you'll appreciate

ご理解いただけるかと思いますが

our very sophisticated graphics here.

この染色体を細胞内に加えた時の瞬間は驚くべきものでした

The new chromosome went into the cell.

この新しい染色体は見事に、細胞内に移植されたのです

In fact, we thought this might be as far as it went,

実は、私たちは可能なのは この段階くらいまでかと

but we tried to design the process a little bit further.

考えていましたが、更に先の過程まで取り組む事にしました

This is a major mechanism of evolution right here.

皆さんがご覧になっているのは進化の主要なメカニズムそのものです

We find all kinds of species

ほかの種から、2つ目や3つ目の

that have taken up a second chromosome

染色体を自身の細胞に取り込み

or a third one from somewhere,

数千種類もの新しい特性を

adding thousands of new traits

即座に獲得した多くの種を

in a second to that species.

今までに発見しています

So, people who think of evolution

進化を、単一の遺伝子が一つずつ

as just one gene changing at a time

変化するものであると考えられている方々は

have missed much of biology.

生物学の大部分を見逃していると思われます

There are enzymes called restriction enzymes

DNAを切断する制限酵素という

that actually digest DNA.

酵素が存在します

The chromosome that was in the cell

細胞内における既存の染色体には

doesn't have one;

制限酵素遺伝子は存在しませんでしたが

the chromosome we put in does.

細胞内に加えた染色体には存在しました

It got expressed and it recognized

その制限酵素遺伝子が発現し

the other chromosome as foreign material,

既存の染色体を異物と認識して切断した為

chewed it up, and so we ended up

最終的には、新しく導入した染色体のみが

just with a cell with the new chromosome.

細胞内に存在することになりました

It turned blue because of the genes we put in it.

青色に染まっているのは 私たちが加えた遺伝子によるものです

And with a very short period of time,

そして非常に短時間のうちに

all the characteristics of one species were lost

元の生物種が持っていた全ての特徴は失われ

and it converted totally into the new species

私たちが導入した染色体 いわば新しいソフトウェアによって

based on the new software that we put in the cell.

まったく新しい生物種に生まれ変わったのです

All the proteins changed,

全てのタンパク質は変化し

the membranes changed;

細胞膜も変化しました

when we read the genetic code, it's exactly what we had transferred in.

遺伝子の塩基配列解析をしたとき 移植した染色体そのものでした

So, this may sound like genomic alchemy,

まるでゲノムの錬金術に聞こえるかもしれませんが

but we can, by moving the software of DNA around,

ソフトウェアとしてのDNAを移し替える事によって

change things quite dramatically.

細胞の性質を劇的に変化させることが出来るのです

Now I've argued, this is not genesis;

これは生命の創造ではありません

this is building on three and a half billion years of evolution.

35億年もの進化の上に作られた研究であることを私は先ほど言いました

And I've argued that we're about to perhaps

そして、私たちはもうすぐ

create a new version of the Cambrian explosion,

このデジタルデザインを元に

where there's massive new speciation

膨大な種の分化に伴う

based on this digital design.

新しいタイプのカンブリア爆発を引き起こすことになるでしょう

Why do this?

なぜこのような事を研究するのでしょうか

I think this is pretty obvious in terms of some of the needs.

この研究は ニーズという点に関して言えば 理由は明確だと思います

We're about to go from six and a half

次の40年間に人口は

to nine billion people over the next 40 years.

65億人から90億人まで増加すると予測されています

To put it in context for myself:

私自身を例としますと

I was born in 1946.

私は1946年生まれです

There are now three people on the planet

地球上には 現在生存している

for every one of us that existed in 1946;

1946年以前に生まれた人の ３倍の人がいます

within 40 years, there'll be four.

40年後には それが４倍という数になります

We have trouble feeding, providing fresh, clean water,

65億人を対象として、全員に安全な水と

medicines, fuel

薬や、燃料を

for the six and a half billion.

提供することは困難な状態です

It's going to be a stretch to do it for nine.

90億人になったら更に困難が予想されます

We use over five billion tons of coal,

私たちは、50億トンもの石炭を消費し

30 billion-plus barrels of oil --

300億バレル以上もの石油を消費します

that's a hundred million barrels a day.

これは、一日1億バレルの消費量に相当します

When we try to think of biological processes

この状況を解決する生物学的プロセスや

or any process to replace that,

その他のプロセスを考えた時

it's going to be a huge challenge.

それは、途方もなく大きな挑戦になるでしょう

Then of course, there's all that

そして、当然のことながら、それらの

CO2 from this material

物質から大気中に二酸化炭素が

that ends up in the atmosphere.

排出されることとなります

We now, from our discovery around the world,

私たちは現在、世界中の発見によって

have a database with about 20 million genes,

およそ2千万の遺伝子データベースを持っていますが

and I like to think of these as the design components of the future.

これらを私は、未来への設計要素であると考えています

The electronics industry only had a dozen or so components,

エレクトロニクス産業において、ほんの一握りの構成要素から

and look at the diversity that came out of that.

生まれた多様性に目を向けてみてください

We're limited here primarily

私たちには、主に生物学的現実と

by a biological reality

私たち自身の想像力により

and our imagination.

限界が設けられています

We now have techniques,

私たちは今、「コンビナトリアル（組み合わせ） ジェノミクス」と呼ばれる

because of these rapid methods of synthesis,

DNAの高速合成技術を使った

to do what we're calling combinatorial genomics.

研究方法を持っています

We have the ability now to build a large robot

今では、一日に100万もの染色体を合成する

that can make a million chromosomes a day.

巨大ロボットを製造する能力もあります

When you think of processing these 20 million different genes

2千万種類の異なる遺伝子を処理したり

or trying to optimize processes

オクタンの生成過程を最適化したり

to produce octane or to produce pharmaceuticals,

薬剤や新しいワクチンを

new vaccines,

生成するために

we can just with a small team,

ほんの少人数の研究チームで

do more molecular biology

この20年間の科学以上の

than the last 20 years of all science.

分子生物学的実験を行えます

And it's just standard selection:

様々なデザインの選択が可能となります

we can select for viability,

生存能力の向上をはじめ

chemical or fuel production,

化学物質や燃料の生成

vaccine production, etc.

ワクチン生産など、様々なデザインの選択が可能です

This is a screen snapshot

これは、私たちが開発している

of some true design software

生物のデザインソフトウェアの画面ですが

that we're working on to actually be able to sit down

生物種の設計をコンピューター上で

and design species in the computer.

椅子に座りながら取り組むことができるものです

You know, we don't know necessarily what it'll look like:

その生物種が実際どのような姿となるのかは、分かりかねますが

we know exactly what their genetic code looks like.

その生物種の遺伝子コードがどのようかは 確実に分かります

We're focusing on now fourth-generation fuels.

私たちは、今、第4世代の燃料に関心を寄せています

You've seen recently, corn to ethanol

最近は、トウモロコシからエタノールを精製することが

is just a bad experiment.

非常に効率の悪い実験であることを、皆さんもご存知のはずです

We have second- and third-generation fuels

砂糖からもっと高付加価値の燃料である

that will be coming out relatively soon

オクタンや、ブタノールなど

that are sugar, to much higher-value fuels

第2、第3世代の燃料が

like octane or different types of butanol.

近々登場することになると思います

But the only way we think that biology

一方、私たちが考える

can have a major impact without

食料の生産コストの増大と供給量の制限をかけない

further increasing the cost of food and limiting its availability

効果的な生物学的手法は

is if we start with CO2 as its feedstock,

二酸化炭素を原料にすればよいのです

and so we're working with designing cells to go down this road.

現在私たちは、この目的に即した細胞を設計しており

And we think we'll have the first fourth-generation fuels

第四世代の燃料を18ヶ月後には発表できると

in about 18 months.

考えています

Sunlight and CO2 is one method ...

日光と二酸化炭素を利用するのは一つの手法ですが

(Applause)

(拍手)

but in our discovery around the world,

私たちの発見によって

we have all kinds of other methods.

様々な別の手法も利用できるようになりました

This is an organism we described in 1996.

これは、1996年に私たちが発表した生物種です

It lives in the deep ocean,

2.4キロメートル程の深海において

about a mile and a half deep,

熱湯に近い水温の中で

almost at boiling-water temperatures.

生息しています

It takes CO2 to methane

この生物種は二酸化炭素を

using molecular hydrogen as its energy source.

分子水素をエネルギー源として メタンを生成します

We're looking to see if we can take

私たちは、収集した二酸化炭素を

captured CO2,

簡単に一カ所に集め

which can easily be piped to sites,

それらを燃料に変換し

convert that CO2 back into fuel

この過程を繰り返すことが

to drive this process.

可能かどうか研究を続けています

So, in a short period of time,

短期間のうちに

we think that we might be able to increase

「生命とは何か」という命題の答えを

what the basic question is of "What is life?"

増やせると私たちは考えます

We truly, you know,

皆さんもご存知のように

have modest goals

私たちは全ての石油化学産業を

of replacing the whole petrol-chemical industry --

置き替えるという控えめな目標を持っています

(Laughter) (Applause)

(笑) (拍手)

Yeah. If you can't do that at TED, where can you? --

ええ、TEDで出来なければ、どこでやれるでしょうか

(Laughter)

(笑)

become a major source of energy ...

エネルギー源の主要な生産手法となることの他に

But also, we're now working on using these same tools

更に私たちは同じ技術を用いて

to come up with instant sets of vaccines.

ワクチンの即時生産手法の開発を行っています

You've seen this year with flu;

この年はインフルエンザの流行が記憶に新しい所ですが

we're always a year behind and a dollar short

私たちは、効果のあるワクチンを用意するまでに いつも一年遅れで

when it comes to the right vaccine.

予算面でも不足です

I think that can be changed

これは、前もって組み合わせワクチンを

by building combinatorial vaccines in advance.

準備しておくことで事態は変わると考えます

Here's what the future may begin to look like

将来は以下のようになるでしょう

with changing, now, the evolutionary tree,

合成細菌、合成古細菌、そしていずれは登場するであろう

speeding up evolution

合成真核生物が

with synthetic bacteria, Archaea

進化を促進させ

and, eventually, eukaryotes.

新しい進化系統樹を作ります

We're a ways away from improving people:

人間を改良するという目標は果てしなく遠い道のりですが

our goal is just to make sure that we have a chance

私たちの目標は それが実現する日まで

to survive long enough to maybe do that. Thank you very much.

人類を生き延びさせることです ありがとうございました

(Applause)

(拍手)