「ミラーライフ」とは何ですか？なぜノーベル賞受賞者38人が恐怖し、共同でその人工合成を禁止したのか！

2024年12月11日、サイエンス誌は「鏡像生命のリスクに立ち向かう」と題する299ページのレポートを発表した。この報告書は9カ国のノーベル賞受賞者38人と業界の専門家によって書かれ、鏡像生命体に関する研究を世界的に禁止するよう求めている[1]。

画像出典: www.science.org

これは SF 小説の始まりのように聞こえるかもしれませんが、実際の科学的な議論です。

「ミラーライフ」とは何ですか？なぜ科学者たちはそれほど怖がるのでしょうか?まず、人生における「鏡像」という不思議な現象から始めなければなりません。

01.生命の好み：タンパク質は左、DNAは右

鏡の前に立つと、鏡に映る自分は依然として自分自身ですが、特徴がすべて反転します。

この現象は分子レベルのミクロの世界でも見られます。一部の分子は、人間の左手と右手のように、鏡像の形で存在することができます。つまり、対称的でありながら重なり合うことはありません。鏡像構造を持つ分子は、「キラル分子」、「エナンチオマー」、または「光学異性体」と呼ばれます。

互いに鏡像関係にあるアミノ酸化合物。化学組成と接続方法は同じですが、空間配置が異なります。出典: cn.chem-station.com

生物を構成する有機分子のほとんどはキラル分子です。キラル分子は、左利き型（左巻き）と右利き型（右巻き）の 2 つの形式に分けられます。 L- は通常左利きを表すために使用され、 D- は右利きを表すために使用されます。科学者が研究室で有機化合物を合成すると、通常は左利きの分子と右利きの分子が半分ずつ得られます。

しかし不思議なことに、自然界では、生物はどちらか一方を好むことが多いのです。キラルではないグリシンを除いて、タンパク質を構成する残りのアミノ酸はほぼすべて左利き（L型）ですが、リボ核酸（RNA）とデオキシリボ核酸（DNA）のリボースは右利き（D型）です[2]。

自然がなぜ特定のキラリティーを好むのかは謎のままですが、この選択は生体分子の相互作用に大きな影響を与えます。たとえば、カルボン分子の利き手によって、スペアミントの香りになるか、キャラウェイの香りになるかが決まります。実験室で合成されたL-グルコースとD-グルコースは味は同じですが、人体の酵素はD-グルコースしか処理できないため、人体で代謝されてエネルギーを供給できるのはD-グルコースだけです[3]。

L-グルコースを摂取して体重を減らしたいですか?忘れてください。高価なだけでなく、下剤として使用できますが、下痢を引き起こす可能性もあります。[4]

02. キラル薬物の二重性

キラル特性は薬物分子では一般的です。 2010年版中国薬局方の不完全な統計によると、収録されている構造の異なる1,018種類の医薬品のうち、キラル中心を含む医薬品が43.22%を占めています。そのうち、31.34%の薬剤はキラル配置に関して厳しい要件があります。

たとえば、レボフロキサシンはオフロキサシンよりも効果が高く、デキシブプロフェンはより効果が高く、レボエシプロフロキサシンはより少量で済み、副作用も少ないです...

しかし、キラル薬物は災害も引き起こした。 1950 年代に、妊娠反応を抑える有名な薬であるサリドマイド (一般にサリドマイドとして知られている) が初めて導入されました。右利きの化合物には妊娠反応を抑制し、鎮静効果をもたらす効果があったが、左利きの化合物は胎児の奇形を引き起こす可能性がある[5]。

英国の「アザラシ奇形児」とその父親｜出典：dailymail.co.uk

しかし、当時の科学界は、鏡像化合物が人体に与える影響がこれほど大きく異なることを知らず、検出方法がなかったため、調製中にそれらのキラリティーを区別することは不可能でした[6]。

現在では、キラル薬剤の異なる構成を異なる化合物として扱い、慎重に扱うことが業界のコンセンサスとなっています。規制当局は、薬理試験と安全性評価の要件を変更することで対応しました。

医学が発展するにつれて、薬や治療法も常に進化しています。がんを標的とした薬を作るために、より多くの生物学的に由来する分子（タンパク質の小片など）を使用する予定です。これらは効果的ですが、人体の酵素によって簡単に分解されるため、その効果は限られています。

そこで研究者たちは、鏡像反転したアミノ酸分子を使って標的タンパク質を合成しようとした。おそらく、それらは人体の酵素によってそれほど簡単には分解されないだろう。これを視覚的に表すと、酵素は左利き用の野球グローブであると想定できます。体内に取り込んだタンパク質が右利き用の形である場合、野球グローブはそれを「はめ込む」ことができず、それを捕らえることができません。

03. 鏡の中の人生におけるリスク

科学者たちは現在、左利きのDNAや完全に機能する「鏡像酵素」など、いくつかの鏡像生物学的分子の合成に成功している。合成生物学の発展に伴い、科学者が期待している疑問は、「ミラーバクテリアのようなミラー生命体を作り出すことができるか？」ということです。

鏡像 DNA 分子 |画像クレジット: theconversation.com;マーク・ローチ マーク・ローチ

実際、すでにこれを行っている研究グループがいくつかあります。細胞は生体分子を合成し、それを機能的で再生可能な細胞に組み立てようとします。しかし、多くの人がそのリスクを事前に認識していました。

最もよく懸念されるのは、こうした鏡像細菌が生成され、実験室から漏れ出して自然環境に侵入すると、その独特な構造により生態環境において無敵となり、制御が困難な伝染病を引き起こす可能性があるということだ。侵入者が他の細菌、植物、動物、または人間であるかどうか。

先ほどの野球グローブの例えを覚えていますか?生物の免疫システムには、キラル分子によって媒介されるメカニズムも数多く存在します。免疫システムは、鏡像細菌に対して無力である可能性が高いが、それは、本来キラルなファージによる捕食を免れる可能性が高いのと同様である。従来の医薬品も同様の問題に直面するだろう。

ミラー細菌は免疫システムによる認識を逃れ、対応する免疫細胞を活性化して排除することができず、最終的には血液に入り込み、制御不能に増殖する可能性があります。画像出典：参考文献[1]

現在の技術の進歩を考えると、科学者たちは真の鏡像細菌を作り出すには少なくとも10年はかかるだろうと予測している。しかし、このプロセスは、単に左利きの DNA を右利きのタンパク質シェルに詰め込むというよりもはるかに複雑です。一度制御不能になると、その影響を予測することは困難になり、生態学的災害につながる可能性さえあります[7]。したがって、多くの科学者は注意を払う必要があると考えています。

反対意見を持つ科学者もいる。例えば、テキサス大学オースティン校の合成生物学者アンドリュー・エリントン氏は、「これは、30年後にサイバー犯罪が発生することを懸念して、今トランジスタの使用を禁止するようなものだ」と考えている。

しかし、共同報告書の姿勢からわかるように、科学者たちは依然として、そのようなリスクを負う価値はないと考えている。彼らはミラーバクテリアの作成に関する研究の全面禁止を勧告し、機関に対しそのようなプロジェクトへの資金提供を停止するよう求めている。なぜなら、たとえミラーバクテリアが自然界のバクテリアほど生存力が高くないとしても、いったん自然免疫機構を回避できれば、制御不能なバイオセキュリティの脅威となり、世界全体に壊滅的な被害をもたらす可能性があるからだ。

参考文献

[1] アダマラらミラーバクテリアに関する技術レポート：実現可能性とリスク。 2024年12月。https://doi.org/10.25740/cv716pj4036

[2] 王文清生命の起源における対称性の破れ[J]。北京大学誌（自然科学）、1997年、33（2）：265-272。

[3] 岳奎源。キラリティー、生命における不思議な現象 [OL]。中国科学院成都支部 http://www.cdb.cas.cn/kyzc/kysb/201406/t20140625_4143907.html

[4] マイケル・キャスウェル、エドワード・デラニー、モハメッド・ラーマン。 L-糖結腸洗浄剤とその応用[P]。 2012、CN 102448976 A

[5] 張偉光、張士林、郭東、趙玲、余拉佳、張輝、何裕建。キラル医薬品に注目：「サリドマイド事件」から始まる。大学化学[J]、2019、34(9): 1-12 doi:10.3866/PKU.DXHX201904021

[6]ホフマン、R. 同じと同じではないもの;コロンビア大学出版局：ニューヨーク、1995年。

[7]ボブ・サービス、一流の科学者が「鏡像」細菌の発達に警告、doi: 10.1126/science.zmatxfw

著者: ワン・サン

企画・編集：リトルダンデライオン

謝辞：中国科学院分子細胞科学センターの胡志国博士が本論文の科学的指導を提供しました。

表紙画像出典：国立アレルギー感染症研究所