- AIはリボソームからイソロイシンを除去し、19個のアミノ酸を持つ大腸菌株を作成
- これは、普遍的なアミノ酸の数が 20 個未満である最初の生物です
- この発見は初期生命の理論を裏付け、医学における合成生物の未来を確立します
コロンビア大学、マサチューセッツ工科大学、ハーバード大学の研究者らは、AIを利用して、生物の主要な構成要素と考えられる20種類のアミノ酸のうちの1つを除去する新しいバージョンの大腸菌を作成することに成功した。
で発表された研究 科学 この発見の重要性については、人工知能とタンパク質工学を使用して、わずか 19 個のアミノ酸、特にイソロイシンを省略した大腸菌の改変株を作成することで詳しく説明されています。
これは生物学だけでなく、AIや生命の起源の研究にとっても重要なマイルストーンです。一部の生物は 20 個を超えるアミノ酸を使用していることが確認されていますが、科学者は 20 個未満のものを発見したことはありません。
AI により、科学者は重要な遺伝子発見を行うことができました
これまでのところ、初期の原始種は遺伝子構成に使用するアミノ酸の量が少なかった可能性があると理論化することしかできていません。その後の発見により、その理論は現実的なものになります。
イソロイシンが20の選択の中で注目のアミノ酸であることについては、最も置換可能であるため、ロイシンおよびバリンとの化学的類似性が決定の重要な要素となったと言われています。
しかし、科学者らは、プロテオーム（組織内のタンパク質の完全な集合体とみなされる）の構成全体を変えようとするのではなく、最初にそれらのタンパク質を構築する役割を担うリボソームを利用しようとした。この実験では、科学者らはリボソームに含まれる 382 個のイソロイシンの「構成要素」を変更しても、期待どおりに機能することができました。
これまで科学者たちは、アミノ酸を削除するのではなく、アミノ酸を追加することによってのみ細菌、酵母、その他の生物の遺伝暗号を編集できてきたため、これはこの種の研究では初となる。
この実験では、AI タンパク質言語モデルを使用して代替タンパク質構造を予測し、アミノ酸置換を提供することで機能し、イソロイシンを使用せずにリボソーム機能を維持することを目的としていました。
AI によって生成されたデザインの多くは人間がデザインしなかった可能性のあるシーケンスを提供しており、AI モデルは成功する可能性のある組み合わせを人間よりもはるかに高い速度で分析できます。
イソロイシンを代替アミノ酸に置き換えるプロセスで作成された大腸菌 50 株のうち 18 株は正常に増殖しました。次のステップは、書き換えられた 21 個のリボソームタンパク質を単一の大腸菌株に結合することでした。この大腸菌株は、さらにいくつかの調整を加えた後、(通常の未改変株よりも遅いとはいえ) 増殖しました。
コロンビア大学のシステムおよび合成生物学者のハリス・ワンは、アミノ酸の完全な除去を「アミノ酸は最大かつ最も複雑なタンパク質複合体であるため、考えられる限り最も困難なこと」と述べています。
この発見が科学研究にとって意味することは、少なくとも一部の基本的な生物学的システムは遺伝暗号の大幅な破壊を許容できるということである。また、初期の生命体は現代の生物よりも少ないアミノ酸を使用していた可能性があるという議論を裏付けており、進化論に新たな視点を提供している。
しかし、この研究は進化生物学を超えて、カスタマイズされた合成生物が医療や健康などの特定のタスクで特定の役割を実行できる未来も確立します。もう 1 つの結論は、改変された生物は自然環境には見られない異常な化学反応に依存するようになり、生物学的封じ込めが向上する可能性があるということです。
さらに先を見据えると、AI を活用した遺伝子組み換えは、全範囲のアミノ酸へのアクセスがより制限される宇宙生息地など、極限環境向けに研究者が生物を設計するのに役立つ可能性があります。
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