人間は高度な生命を作り出すことができるか？　自己複製し代謝する分子メカニズムの発見（オランダ研究）

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10年前、フローニンゲン大学（オランダ）の化学者によって新しい自己複製メカニズムが発見された。その小さなペプチドを含む分子は、溶液の中でリングを形成し、さらに積み重なって成長する。

　それだけではない。成長することで溶液中のリングが減少すると、今度は新しいリングの形成をうながし始める上に、基礎ブロックを加えてやれば突然変異まで起こすのだ。

　もしや人類は生命の創造に目前まで迫っているのではないだろうか？

生命を定義する3つの特性

　これを発見したシジブレン・オットー教授によれば、生命を定義するのは3つの基本的な特性だという。すなわち「複製能力」「代謝」「区画化」だ。

　まず最初の1つは、言わずと知れた自分を複製する能力だ。そして2つ目の代謝は、環境中の物質を取り込んで、構成単位を作り出す力のことだ。

　じつはオットー教授が発見した自己複製分子には、原始的ではあってもこの2つまでが備わっている。

　3つ目の区画化は、体を外部環境と区別することで、具体的には細胞膜を想像すればいい。同教授によれば、この自己複製分子からそこにいたるステップは比較的小さなものだという。

　そして、こうした生命にはより高度な第4の特性が宿る――進化や発明する能力だ。

自己複製分子の触媒能力

『Nature Chemistry』（6月26日付）に掲載された新しい研究によると、この自己複製分子には触媒としての機能が備わっていることが明らかになったそうだ。

　それは新たに付け足されたものではなく、元々備わっていたのだという。「特に変化させるまでもなく、すでに触媒作用を見せていたのです。それまで気づいていないだけでした」と、オットー教授は説明する。

　この分子は酸化によって、3つないしは4つの基礎ブロックで構成されるリングを形成する。小さなリングはさらに6つの基礎ブロックでできたリングとなり（自己複製とみなされる）、これらが積み重なることで成長する。

　そしてこの積み重なり（スタック）が触媒作用を発揮することで、基礎ブロックは最初の小さなリングへと変換される。

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　スタックはまた「レトロアルドール触媒（retro-aldol catalysis）」としても作用する。

　これは触媒設計のベンチマークとして利用される作用だが、それ向けに作られたわけでもないのに、意図的に作られた最高の触媒に匹敵するほど効率的だという。

　だが興味深いのは、同じ1つのスタックが2つのまったく異なる反応を触媒できる点であるという。

　じつは多くの酵素もまたこうした能力を有しているが、それは進化を通じて新しいものへと発達するチャンスをもたらすものなのだそうだ。

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感光染料でリング形成のスピードアップ

リングの形成には酸素が重要な役割を果たしている。そこで研究チームは、酸素を利用してリング形成を加速させるという実験も試みている。

　そして発見されたのが2種の感光染料だ。これらがスタックに結びついているときに光を当てると、リング形成が加速することが確認されたという。

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　ちょうど最近のタンパク質が触媒反応のために補因子（酵素の触媒活性に必要となるタンパク質以外の化学物質）を使うように、染料も補因子として作用しているらしいとのこと。

　複製された繊維に結びついているとき、染料は光のエネルギーを利用して、反応性一重項酸素を作り出し、それによって新しいリングの形成を促進させる。

　これに関して特に重要なのは、スタックによる自発的触媒作用と補因子を介在した触媒作用のどちらも、一種の代謝とみなせることだ。

人工生命の誕生は目前なのか？

　この人工化学系は自己複製と原始的な代謝を行う能力がある。はたしてそれは生命のプロセスとどのくらい近いのだろうか？

　「生きた生物で見られる代謝とは違って、そのままではゆっくりとしか起きない反応がただスピードアップするだけです。生命の場合、代謝によってそれなしでは起きない反応も引き起こされています」と、オットー教授は言う。

　しかし、同教授は「この地点から、区画化は比較的小さなステップでしょう」とも述べている。

　ならば試験管の中で人工生命が誕生するのも時間の問題ということだろうか？ この問いに対して、オットー教授は「そこまでではありません」と答える。

「それには際限なく進化する能力が必要です。つまり元々の系に備わっていない能力を進化で獲得できるということです。現時点ではそれをどうやって達成すればいいか、明確なアイデアはありません。ですがこの化学系は、そこへいたるしっかりとした基礎であるように思います。」

Emergence of light-driven protometabolism on recruitment of a photocatalytic cofactor by a self-replicator | Nature Chemistry
https://www.nature.com/articles/s41557-020-0494-4

References:Life-emulating molecules show basic metabolism/ written by hiroching / edited by parumo

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