藻類は世界を養い、惑星に燃料を供給することができますか？クレイグ・ヴェンターとの質疑応答

2023 著者: Peter Bradberry | [email protected]. 最終更新日: 2023-05-21 22:35

遺伝学者と起業家は、合成生物学を使用して、微細な藻類を、二酸化炭素を消費し、油を吐き出し、食事を提供する細胞に変換することを望んでいます。

J. Craig Venterが道を譲れば、微生物は将来の（人間の）食料と燃料のメーカーになるでしょう。ヒトゲノムの元の配列の1つを担当する男性と、人間が作ったDNAで実行される最初の生細胞をもたらしたチームは、藻類を利用して人類が必要とするすべてのものを作ることを望んでいます。必要なのは少しのゲノム工学です。

「新しいものを発明する必要はありません。自然がこれまでになかった方法で[遺伝子]を組み合わせる必要があります。私たちは数十億年も進化を加速しています」とベンターは10月18日にニューアメリカで開催されたエネルギー会議で語った。ワシントンDCの財団「人類の一部が実質的に影響を受けていないことを想像するのは難しい」。

ベンターは、海でDNAをサンプリングするための2年間の航海の後、藻類の遺伝子操作に注意を向けました。目標は、ベースA、C、G、Tから1と0に変換された生物学（デジタル化された生物学）の将来の構成要素を収集することでした。彼は、収集された何百万もの遺伝子のほとんどが藻類からのものであることを発見しました。藻類は、地球上で最も小さな生物の1つですが、すでに大きな惑星への影響があり、私たちが呼吸する酸素の3分の1以上を供給しています。

ベンターは、その影響をさらに高めることを目指しています。彼の再設計された光合成セルは、二酸化炭素と太陽光を取り込み、エクソンモービル製油所の準備ができている炭化水素を吐き出します（ベンターの会社SyntheticGenomicsに企業を提供した石油大手SyntheticGenomicsは、メキシコの投資会社Plenusと新しい会社を設立しましたアグラディスと呼ばれる。光合成と遺伝子実験による藻類の数十億年の実績を考えると、アグラディスの目的は、その遺伝的角質をトウモロコシかカノーラかを問わず農作物の改良に変えることと、さまざまな新しい遺伝子の組み合わせをテストするためのモデルとして藻類を使用することです。モンサントと藻類会社のサファイアエナジーとの間の同様のパートナーシップは、「コア農産物に移行できる遺伝子を採掘するために開発した藻類プラットフォームを使用する」と、サファイアの企業担当副社長であるティムゼンクはScientificAmericanとの以前のインタビューで説明した。 「藻類で遺伝子スクリーニングを行うと、何百もの画面に何百万もの特性があり、転送できるものを見つける可能性が高まります。」

それだけでは不十分な場合、ベンターは、作物や家畜を超えた食品における合成生物学の役割、特に世界中で肉への渇望が高まっていると考えています。 「1キログラムの牛肉を生産するには10キログラムの穀物が必要で、1キログラムの牛肉を生産するには15リットルの水が必要です。これらの牛は大量のメタンを生産します」とベンター氏は述べています。 「牛を追い払ってみませんか？」代替品：合成生物学のおかげで微生物から試験管で育てられた肉。

近い将来に微生物の肉を購入する可能性は低いですが、生物学がその将来の解決策のフォントとして見落とされるべきではないことも明らかです。 「既存の生物学の問題は、一度に1つか2つの遺伝子しか変更しないことです」と彼は今日の遺伝子工学について述べました。 「私たちは、1日に100万本の染色体を作り、自己学習するロボットを構築しています。…唯一の制限は、生物学の知識です。」

Scientific Americanは、藻類と合成生物学への期待についてVenterと話しました。

[インタビューの編集されたトランスクリプトが続きます。]。

なぜ藻類？

さまざまな農作物の収穫量を見ると、[石油を置き換えるために]行う必要があることと比較して、どれもそれほど印象的ではありません。次に、藻類からの潜在産出量を調べます。これは、最高の農業システムよりも1桁から2桁優れています。米国のすべての輸送用燃料に代わる液体輸送用燃料を作ろうとしていて、それをトウモロコシからやろうとすると、米国本土の3倍の大きさの施設が必要になります。藻類からやろうとすると、それは施設です。メリーランド州のおおよそのサイズ。 1つは実行可能で、もう1つはばかげていますが、藻類のロビーはありません。

それは前世紀の変わり目にさかのぼって、以前に試みられました。藻類を使って何かをしようとするのは新しい概念ではありません。しかし、必要なレベルの生産を達成した人は誰もいません。誰もが世界を救うための奇跡の細胞となる天然に存在する藻類を探していますが、1世紀にわたって探しても、人々はまだそれを見つけていません。私たちは違うことを願っています。 [遺伝的]ツールは、私たちに新しいアプローチを提供します。それは、遺伝暗号を書き直して、細胞に私たちが望んでいることを実行させることができるということです。

大きなハードルは何ですか？

ものを育てようとする人は皆、同じ課題を抱えています。成長側では、[Synthetic Genomics] Exxonプログラムで行っていることですが、実際には成長側のすべてのテクノロジーをテストしています。次に、細胞生物学の側面、製造の側面があります。エクソンモービルの製油所に入ることができる数平方マイルの施設と数十億ガロンの液体炭化水素の規模でどのように製造しますか？ ercialベースの半分のお金。汚染のためにプラントをシャットダウンする余裕はありません。ほとんどの藻類栽培者は、かなり頻繁なペースでそれをしなければなりません。

細胞生物学と菌株開発の面では、ラホーヤ[カリフォルニア]に大規模な温室試験施設があります。私たちは即座に答えがあるとは主張していません。私たちは、過去のすべての技術と新しいひねりを加えた新しい技術を試すための体系的な科学的アプローチについて話しています。違いを生むのは、10から100 [倍]の量を生産できる人工細胞です。私たちが持っているのと同じ遺伝子工学とゲノム工学で、ウイルスに耐性のある細胞を作ることができます。

エクソンを惹きつけた初期の科学的進歩は、炭化水素をセルから排出するようにセルを設計しました。藻類は農業の問題です：成長、収穫、抽出。それは進行中の作業であり、私たちは一生懸命取り組んでいます。

これにはどのくらい時間がかかりますか？

私たちは何に対しても最終的な答えを持っていません。私たちは何千もの菌株と多数の遺伝的変化を評価しています。長期的な解決策は、遺伝子コード全体を最初から作成し、すべてのパラメーターを制御することです。私たちにとって、これは長期計画です。 10年計画です。今後18か月以内にあなたの車に新しい燃料を約束することはありません。

では、人々が藻類燃料でガスを補給できるようになるまでにどれくらいの時間がかかりますか？

数十億ガロンを生産するための大規模施設の建設にかかる時間。何を建てるべきかがわかってから、施設を建てるだけでも3〜4年かかります。多くのバイオエナジー企業から、私がバイオバブルと呼んでいるものや誇大宣伝がたくさんあります。見えません。これらは大きな課題です。私が知っているように、経済的にするための利回りは誰にもありません。経済的でなければ、競争することはできません。それは、どこかに到達するために長期的な投資を行うことを期待できる、科学的革新と資金力のあるパートナーを持つものになるでしょう。

藻類の成長を刺激するために、リンや窒素などの栄養素をどのように入手しますか？

CO2、太陽光、海水の3つの主要な成分が必要です。さらに、これらすべてを変換するための施設と精製所が必要です。私たちは、主要な成分を持っている世界中のサイトを探しています。輸送距離が制限されるため、主要な製油所の近くにある場合に役立ちます。数十億ガロンの炭化水素を移動させるのは費用がかかります。しかし、製油所も濃縮CO2の優れた供給源です。

それはプロセス全体の統合です。 [SyntheticGenomics]は燃料会社になろうとはしていません。 SGIガソリンスタンドはありません。エクソンモービルにお任せします。炭化水素の供給源をCO2からリサイクルされた材料にシフトするのを支援します。

水はどうですか？藻類は成長するためにそれをたくさん必要とするでしょう。

私たちは、私たちが行っていることの多くをリサイクルできると考えています。 …廃水をリサイクルするための新しい技術[微生物燃料電池など]。水は問題であり、それをリサイクルし、すべての栄養素を取り戻します。 1エーカーあたり大量の肥料を追加する必要がある場合、実際には何も解決していません。

より大きな課題は何でしたか：ヒトゲノムまたは藻類？

セルとシステムには500の異なるパラメータがあります。絶対に、藻類はより大きな課題です。私は9ヶ月で[ヒトゲノム]を行いました。これは間違いなく大きな課題です。また、私たちが成功した場合、それは世界にとってはるかに大きな影響を及ぼします。

合成生物学はどのように役割を果たすのでしょうか？

ゲノム設計と遺伝暗号合成は大きな役割を果たします。これらすべてのパラメーターを制御する必要があります。それらすべてを最適な方法で組み合わせる自然発生の細胞があるとは思えません。自然進化の観点からは何の価値もありません。私たちはそれを実現し、私たちのプログラムで総合的にそれを行わなければなりません。

それの合成面はもはや挑戦ではありません。私たちが始めた細胞はヤギの病原体です。 110万塩基対です。単純な藻類の中には、そのサイズの2倍にもならないものもあります。私たちは日常的にメガベースサイズの範囲の染色体を作ることができます。合成はもはやこの問題の律速段階ではありません。

世界の生物学的知識の状態は非常に限られています。 500個未満の遺伝子を持つマイコプラズマ細胞でさえ、その細胞にはまだ200個の未知の機能の遺伝子があります。細胞内のほとんどの遺伝子とそれらが何をしているのかさえ理解できる生きたシステムはありません。それが私たちの最大の課題です。現時点で生物学的知識の限界を克服することです。

合成セルのおかげで私たちが知っていることは、私たちが望むものを設計できたら、それを構築できるということです。それは私たちが5年前に知っていたことではありません。誰も物を作っていない。合成DNAの最大の断片は30000塩基対でした。今、私たちはこれらの大きな構造を作り、生物学をテストするためにそれらを使って何かをすることができます。

大量の海洋DNAをサンプリングした2年間のSorcererIIクルーズについて教えてください。非常に大きいため、科学で知られているすべての遺伝子の95％が見つかったと結論付けました。

当時、私たちは藻類事業に行き着くとは知りませんでした。実際、遺伝暗号を見て、そこに何があったのかを理解することでサンプリングしました。私たちは、地球の周りの遺伝学と藻類の多様性について、ほとんど誰よりも広い視野を持っています。だからこそ、私たちはすべてを行うために魔法のバグを見つけることにそれほど楽観的ではありません。 Sorcerer IIが発見した5000万または6000万の遺伝子は、将来の設計コンポーネントです。

なぜこれをするのですか？動機は何ですか？

私たちは皆同じ惑星に住んでいます。悪い決まり文句は、私たち全員が同じ救命艇に乗っているということです。誰かが電動ドリルを使ってボートの底に穴を開けると、私たちは皆ねじ込まれます。誰かの政治に関係なく、私たちの資源を使い果たして炭素を地面から取り除くことによる、この地球上の大気の変化と私たちが持っている資源の変化は、何かです-あなたはそれを長期的に続けることはできません。科学を知るのに十分賢くない人でさえ、そしてそれの意味は、世界が炭素に対するある種の課税に移行していることを知るのに十分賢いです。遅かれ早かれ、石油と石炭産業は選択の余地がなくなります。将来を見据えた企業は、今、それを真に飛躍させようとしています。これらの解決策はどれも、本を手に取って解決策を見つけるだけのものではありません。長期的な研究です。

持続可能な解決策を推進する上での政府の役割は何ですか？

それはもっと賢くなろうとしているはずであり、それは多分政府にあまりにも多くを求めているのかもしれません。私たちが成功し、他の人が燃料用の炭化水素の代替供給源を生産することに成功した場合、最終的には石油の供給と需要をシフトする可能性があります。その結果、主要な競合他社の価格が常に下がることになります。政府はこの作業において重要な役割を果たすでしょう。 CO2ベースの燃料が出現するにつれて、政府が常に炭素に高い価格を付けないのであれば、あらゆる種類のことが始まり、石油の価格が再び暴落したジミー・カーターの時代のようになります。

これまで、科学者たちは、国立再生可能エネルギー研究所で最も有名なことですが、藻類に石油を生産させたり、その他の問題を解決したりすることに多くの時間を費やしてきました[pdf]。しかし、政府は1990年代にそのプログラムを停止し、藻類を育てるシステムの費用、栄養素の必要性、その他のハードルのために、藻類は石油と競争できないと結論付けました。藻類の過去のチェックを考えると、何があなたに成功を確信させるのですか？

それは、ヒ素を食べるバクテリアの主張のようなものです。異常な主張をする人々は、彼らの主張が真実であるという異常な証拠を提供する義務があります。私はデータを持っていることによって議論に勝つことが好きです。現在、これらのフィールドのいずれにもデータを持っている人は誰もいません。これらの同じ問題に取り組むためのいくつかの新しいツールがあります。藻類はお粗末な歴史を持っています。私たちも成功するという保証はありません。