大象传媒

バイオテクノロジーで环境保全に挑む

CHAPTER 1

ミジンコでプラスチック问题に切り込む ―為水さんの研究アイデア

　マイクロプラスチック问题はとても深刻です。プラスチックを分解できる细菌サカイエンシスの遗伝子を、水の滤过能力が高いミジンコの肠内细菌に付与して、ミジンコがマイクロプラスチックを分解できるようになったら、环境问题に贡献できないかな、と思いました。

　イデオネラ?サカイエンシスという、2016年に大阪府堺市で発见されたばかりの细菌です。ペットボトル処理工场で见つかった、ポリエチレンテレフタレート（笔贰罢）を分解して栄养源にする细菌です。极限状态でも生きられるようにするためにそのように进化してきたのでしょう。

　サカイエンシスをそのままミジンコの肠内に入れてもいいのですが、ミジンコの体内には、人间と同様にたくさんの肠内细菌がいて、竞争してせめぎあって、より强いものが优位に生き残れるような形になっているので、急に第叁者の细菌を入れてもすぐには定着しないんです。そこで、あえてこの肠内で优占している强い菌を取り出してきて遗伝子组み换えすることで、确実に定着させるという手法を考えています。

　サカイエンシスは、ミジンコの肠内で笔贰罢のポリマーを酵素によって低分子のエチレングリコールとテレフタル酸に段阶的に分解し、それを他の细菌に栄养源として取り込んでもらうという仕组みです。元々、人间が使いやすいように、分解できないように合成されたものを、こうやって自然界の力で分解して、无害になるどころか、むしろ他の生物の栄养源になってくれるんです。

　そうですね。遗伝子组み换え生物は、本来自然界にないものなので、応用する际は伦理的な问题もありますが、利用だけに目を向けるのではなく、学术的な意义が见出せたらと思っています。肠内细菌を遗伝子组み换えするという研究自体は今までほとんどなかったので、もしこのアイデアが実现できれば、他の动物の肠内细菌を组み换えるとか、いろいろな可能性が広がると思います。

　はい。最初はミジンコが好きというところから始まりました。高校の时は、ミジンコの卵のでき方や栄养との関连について调べていました。今でも、ミジンコを近所で採取してくるのが趣味です。大学の池にもたくさんいますよ。

　学生アイデアファクトリーを通して、たくさんのミジンコのスペシャリストとの繋がりができました。今后はその人たちに会いに行きながら研究を深めていきたいです。

CHAPTER 2

生态系ネットワークを机械学习で予测する ―榊原さんの研究アイデア

　単纯な构造の动物である海绵が持つ「水沟系」という机能を、机械学习の観点から解明しようという研究です。

　はい。よく海藻などと间违えられやすいですが、れっきとした动物なんです。ただ、多くの动物が持つ神経系や脳や心臓などの器官を持たず、移动する能力もありません。でも、体表にある无数の穴から海水を取り込み、体内の水路のようなものを循环させながら、有机物を消化してエネルギー产生や生殖を行っています。これが「水沟系」と呼ばれる仕组みです。

　海绵が成长して大きくなるにつれて、そのネットワークがどんなふうにこう成长していくのかを调べる方法が今はなく、それを何かしらの方法で予测したいというのがこのアイデアのきっかけでした。着目したのは、リザバーコンピューティングという手法です。时系列的に変化するデータを扱うのに适しており、経时的に変化すると考えられる海绵のネットワーク予测に好都合だと判断しました。

　まず、海绵から现时点のネットワークを取り出して标本を颁罢スキャンして内侧の构造を明らかにします。そこで再构筑したネットワークの情报を学习させて、処理をする层にもそのネットワークを入れて、自分のネットワークで自分のネットワークを予测させるという流れです。

　今年のノーベル物理学赏を受赏したのは、ニューラルネットワークに関するものでした。これは名前の通り、人のニューロンを模して処理の部分を作っているのですが、神経系を持っていない动物のネットワーク使って计算がうまくいったり、ある动物自身のネットワークでその动物の问题がかなり正确に解けたりしたら、それだけでちょっと面白いですね。

　はい。ゆくゆくは、この手法を他の生き物やより大きな生态系に広げて考えていきたいです。気温や雨量などを含めて、それらが相互作用し合う大きな生态系にも応用できたら、例えば、生态系のネットワークを仮想的に作り出し、そのネットワークを使って自身の时系列的な変化を予测させて、生态系の种数や作用している数を维持、あるいは増やすネットワークができる。それが、ひいては生态系保全に繋げられるのではと考えています。

　そうですね。このプロジェクトは、実証とか実験系を作っていなくても、その手前のところをまで持ってくれば見てあげるよ、というコンセプトでした。 学会とは違い、参加者の専門や興味のある分野はバラバラで、まだ本格的な研究をしたことがない高校生もいたので、自分のアイデアをブラッシュアップさせる機会になりました。

　今回の研究アイデアが実现したら、个体や生态系に関する问题について、スパコンを使った重い计算や机械学习に頼らず、コストをかけずに社会的なレベルで効率を上げられると思いますし、もしそういう方面に発展したらすごいなと思っています。

CHAPTER 3

「合成生物学のロボコン」― iGEM（アイジェム）と筑波大学での活動

今回受赏した二人の研究アイデアは、合成生物学の観点から生み出されたものでした。合成生物学とは、生物の遗伝子や细胞の构成要素を设计し再构筑することで、自然界には存在しない新しい特性を持つ生物やシステムを作り出すことを目的とする学问です。医疗、エネルギー、环境、农业など、さまざまな分野での応用が期待されています。 ここからは、矢田目さんを中心にお话を伺っていきます。

　合成生物学には二通りのアプローチがあると解釈されていて、一つは、生物を合成する、つまりゼロのところから、生物の细胞や一部の机能を人工的に构筑していくというアプローチです。もう一つは、生物の（元々备えている）机能を持ってきて新たにシステムを构筑する、エンジニアリングするというアプローチです。

　毎年11月顷にパリで开催されています。「合成生物学のロボコン」とも呼ばれていて、各チームが合成生物学に関するプロジェクトを立ち上げて、その成果を竞います。2024年大会では、各国から4000人以上が参加し、全400チームのうち日本からの出场は7チームでした。过去の大会の入赏者の中には、后に研究成果をもとに起业するケースもあり、产业界からも注目されています。

　はい。iGEM TSUKUBAは2022年、生物学類の学生を中心に作られました。現在、顧問の鈴木 石根 教授、前田 義昌 准教授（共に生命環境系 所属）のもと、男子14人、女子9人の計23人の学群生が活動しており、為水さんと榊原さんもその一員です。メンバーは生物学類の学生が中心ですが、化学類や工学システム学類の学生も所属しています。

　生物学の视点だけではないような新たな视点や素养?能力も、大会で戦っていく上には重要だと思います。いろんな学类からいろんな専门性を持った人たちが入ってきてくれるとすごくありがたいですね。

　そうなんです。「海洋生物付着疎外剤の生合成」というテーマのもと、様々な研究教育活动を通じて得られた成果だと思います。メダルは、各评価项目を达成することで得られる絶対评価なので、今后はヴィレッジアワードという部门赏などの相対评価の赏も目指しています。

　iGEMには、Education（高校への出張活動）、Wiki（ホームページの立ち上げ）、Presentation（研究成果報告の資料作成）、Hardware/Software Tool（研究に必要なツールの開発）、Entrepreneurship（社会実装に向けた検討）など、さまざまな評価基準が設定されていることから、団体のメンバー内でもそれぞれ役割分担を行って活動しています。

　组织体制としては、主に、専门性の高い研究活动を行うテック班と、资金面のやりくりや教育活动などの対外的な面を担う総合运営班の二つの班があります。また、奥别产ページの管理や研究成果の社会的影响力の调査などを担うグループもあります。

　日顷は少人数でのラボでの実験や个人での研究等を进めていき、週に一度の全体ミーティングで、各自の成果报告や今后の方针を决めていきます。教育活动では、高大连携の一环として、国内の高校への出前授业や、骋贵贰厂罢の参加学生との交流も行っています。遗伝子组み换え実験の体験や、合成生物学の认知度を高めるための活动が中心です。颈骋贰惭出场のためのプロジェクトだけでなく、筑波大学内の合成生物学や分子生物学が好きな人が集まるコミュニティを目指しています。

　优秀な人や研究热意のある人も多いので、学部生の研究や教育活动も含めた活动の场になっていると思います。そうしたところを今后も残せるように、体制を整えたり、外部とのコネクションを作って活动の幅を広げたりして、ある程度影响力のある団体运営をしていきたいです。

　2025年大会に向けたテーマは、「础滨を用いたタンパク质の多目的最适化」です。农作物の収穫量やコスト削减につながる高性能なタンパク质の生成をディープラーニングにより実现しようという试みです。

　今动かしているプロジェクトでは、ちょうど今机械学习ベースの改良方法が今実証段阶まで来ていて、うまく动いているかを确认しています。失败したら改めて改良の余地を考え、成功したら、それを実际にシステムとして组み込んでいきます。

　活动する中で、筑波大学発のベンチャー公司の方とお话をする机会もあります。こういうタンパク质の改良方法がありますよ、いくらで受けますよ、じゃあそこれでやってみましょうか、というような感じで、どのようなシステムで动かしていくかについて、助言をいただいています。

　はい。活动にあたっては、资金面での课题も大きいです。颈骋贰惭の大会は登録费に80万円、参加费に40万円がかかり、研究费や渡航费などを合わせると、少なくとも250万円以上の资金が必要になります。研究费については、大学による研究支援「エンブリオ?プログラム」から年额40万円、民间の财団から50万円の助成を受けていますが、依然厳しい状态にあります。独自にクラウドファンディングを実施してきましたが、今后も様々な公司からの协賛を得られるよう精力的に活动していきたいです。

［聞き手 広報局職員］