科学者は有毒化学物質に代わる可能性のある酵素を自然界に発見

ポルトガルの海岸から約 900 マイル離れたところに、9 つの主要な島が中部大西洋にそびえ立っています。 緑が生い茂り、火山が多いアゾレス諸島には生物多様性が豊富にあり、フィールド研究科学者のマーロン クラークは、さらに多くのことを求めて何度も訪れます。 「本当に興味深い生物地理学が世に出ていますね」とクラーク氏は言う。 「大陸間には実際の分離がありますが、植物、種子、動物は島間に分散しています。」

ここはどの基準から見ても視覚的な楽園ですが、顕微鏡レベルで見るとさらに見るべきものがあります。 アゾレス諸島の栄養豊富な火山岩と、そのラグーン、洞窟システム、温泉のネットワークには、標高や気温の異なるさまざまな微気候で見られる膨大な数の微生物が生息しています。

クラークは、ロンドンに本社を置くバイオテクノロジー企業 Basecamp Research に勤めており、世界中の生態系からサンプルを収集することが彼の仕事です。 Basecamp は、土壌、水、植物、微生物、その他の生物から DNA を抽出することにより、地球のタンパク質に関する広範なデータベースを構築しています。 DNA 自体はタンパク質ではありませんが、DNA に保存されている情報はタンパク質の作成に使用されるため、DNA を抽出、配列決定、注釈を付けることで、固有のタンパク質配列を発見することができます。

大西洋の真ん中やその先で発見されたものを使用して、Basecamp の詳細なデータベースは増え続けています。 この成果は、有毒化学物質による被害を除去し、これらの化学物質の代替品を見つけるために不可欠となる可能性があります。

タンパク質は、すべての生物に構造と機能を提供します。 これらの機能タンパク質の一部は酵素であり、文字通り物事を引き起こします。

「工業化学、特に医薬品開発で行われる化学は深刻な汚染を引き起こしています。 生体触媒は、より複雑な医薬品の製造と、従来の化学の汚染と毒性の軽減という持続可能性の両方において利点をもたらしています」と、Basecamp のパートナーシップ責任者である Ahir Pushpanath 氏は述べています。

「酵素は完全に進化した触媒です」と、Basecamp のパートナーシップ責任者、Ahir Pushpanath 氏は言います。 「酵素は本質的に単なるポリマーであり、ポリマーは自然の構成要素であるアミノ酸で構成されています。」 彼は、これをレゴのように考えることを提案しています。レゴのピースをたくさん持っていて、それらを使って機能を実行する構造を構築する場合、「基本的には酵素の働きと同じです。 自然界では、これらの記念碑は生命の化学を行うために進化してきました。 もし酵素がなかったら、私たちは生きていないでしょう。」

私たち自身の体内では、酵素は視覚から食物の消化、筋肉の再生に至るまであらゆるものを触媒しており、製薬、農薬、ファインケミカル産業でも同じ種類の酵素が必要です。 しかし、産業上の状況は私たちの体内の状況とは異なります。 そのため、科学者は、特定の製品や物質を作成するために特定の化学反応が必要な場合、通常は石油や重金属を使用して、研究室で独自の触媒を作成します。

これらの石油化学製品は効果的でコスト効率が高いですが、無駄が多く、しばしば危険です。 持続可能性と長期的な公衆衛生に対する懸念が高まる中、有毒化学物質に対する代替ソリューションを見つけることが不可欠です。 「工業化学、特に医薬品開発で行われる化学は深刻な汚染を引き起こしています」とプシュパナート氏は言う。

Basecamp は、研究室で作成された触媒を野生で見つかった酵素で置き換えようとしています。 この概念は生体触媒と呼ばれ、理論上、科学者がしなければならないことは、特定のニーズに適した酵素を見つけることだけです。 しかし歴史的に、研究者たちは石油化学に代わる酵素を見つけるのに苦労してきました。 適切な適合物を特定できない場合、研究者はタンパク質を産業適応に誘導するために、研究室でプッシュパナート氏が表現する「長期にわたる反復的、資源集約型の指向性進化」に頼ることになる。 しかし、最新の科学の進歩により、これらの発見は自然界でも可能になりました。

クラークと同僚が遠征に出発する場合でも、サンプルを収集して処理する地元の現場のパートナーでも、それぞれのコレクションから学ぶべきことはたくさんあります。 「微生物のゲノムには、生物を定義する完全な情報セットが含まれています。これは、文字がコードとなって、複雑だが消化しやすい知識を含む単語、文章、ページ、本を形成できるのと同じです」とクラーク氏は言います。 彼は環境サンプルを、何千もの種、菌株、配列変異体が詰まった生物学的ライブラリーだと考えています。 「これらのサンプルから遺伝情報を収集するのが私たちの仕事です。」