PHOTOGRAPH COURTESY OF SYNTHETIC GENOMICS

未来の燃料は、どろどろした緑色で魚のような臭いがした。

「魚が魚臭いのは、魚が藻を食べるからなんです」と語るのは、カリフォルニア州ラホヤにある合成バイオ技術企業、Synthetic Genomicsの遺伝学者、イマード・アジャウィだ。この会社では、そんな嫌な臭いのする藻を育てている。

その藻は油っぽい。これは、どろどろした藻から普通は連想されない表現だろう。しかし、アジャウィら科学者は、そのような脂質の多い藻を何十年も夢見てきた。脂質の多い藻は、燃料作物として世界で最も成功するかもしれないからだ。

アジャウィらの研究チームは、藻が生産する脂質の量を野生の藻の2倍以上に増やそうと、藻の遺伝子を10年近く調整してきた。そして、その取り組みを説明した記事が2017年6月19日付で『Nature Biotechnology』に公開された。

藻は、生き延びるための栄養素、二酸化炭素、および日光を必要とする。この点では植物に似ている。だが、栄養素（窒素やリン）を奪われるとエネルギーを蓄え始める。成長や分裂ではなく、休止状態に入って脂質を作るのだ。「再び栄養素を得た際に、脂質を成長と分裂のために速やかに使えるからです」と説明するのは、Synthetic Genomicsにおけるアジャウィの同僚で、論文の共著者となった生物学者エリック・モエレリングだ。

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これは科学者の間では何十年も前からわかっていたことだ。米国エネルギー省（DOE）は1970年代の終わりに石油不足を受けて、アクアティック・スピーシーズ・プログラム（Aquatic Species Program［PDFファイル］）を立ち上げた。元々は、藻を使った水素燃料の生産に着目したものだったが、80年代の中ごろには、藻の脂質をディーゼルのような燃料へ転換することに取り組むようになった。

科学者らは、藻を飢餓状態にすることで脂質の生産を誘発できることを発見した。ただしこの方法には、藻の成長がすぐに止まってしまう問題があった。解明されるべきは「脂質トリガー」、すなわち成長を犠牲にすることなく脂質の蓄積を促進する、遺伝子あるいは遺伝子の組み合わせだった。

残念なことにDOEは、このプログラムを90年代半ばに終了した。理由のひとつは、その脂質トリガーを見つけられなかったことだった。

2005年にクレイグ・ヴェンター［日本語版記事］が、遺伝子研究における自身の画期的発見を活用する研究機関として、Synthetic Genomicsを創設した。この会社におけるヴェンターの大きな野望のひとつは、DOEやほかの多くの会社ができなかった、産業規模で脂質を生産できる藻の開発に成功することだった。

ヴェンターは、アリゾナ州の砂漠に都市サイズの藻のフィールドを作ることを構想した。そして2009年、Synthetic Genomicsはエクソンモービルと提携し、藻のプロジェクトは一気に前進したのである。

プロジェクトではまず、世界中から藻のサンプルを収集し、そのままで最も適している種類を探した。そして「Nannocholoropsis gaditana」という、すでに産業用の有力候補として知られていた種がいちばんいいということになった。この藻について、生物学的な詳細すべてのカタログ化が何年も続いた。

その間に研究チームは、藻の脂質と成長の結びつきを切ろうとする実験を進めた。しかし、14年になってもまだたどり着かなかった。そこでヴェンターはエクソンと再度交渉して、プログラムのリセットを求めた。「根本に立ち戻り、遺伝子全体を見渡す必要がありました」と、Synthetic Genomicsの遺伝子エンジニアのシニアディレクターで、プログラムのリーダーを務めるロブ・ブラウンは語る。

Nannocholoropsisには9,000個の遺伝子がある。研究チームは、藻が飢餓状態に入り、爆発的に脂質を生産するようになったその瞬間の遺伝子全体の配列を決定した。そこには脂質トリガーの候補が20個あった。そこで、ゲノム編集技術「CRISPR–Cas9」［日本語版記事］を使って、それぞれをひとつずつ不活性化し、藻の脂質生産と成長への影響を確かめていった。

何度も繰り返しても意味のない結果が続いたが、ある遺伝子（ZnCys）から非常に奇妙な結果が得られた。「われわれはExcelのテンプレートファイルに全データを入力し、グラフに変換していました」とアジャウィは語る。グラフは、炭素から脂質への藻の変換効率を測定したものだ。

「野生の藻は通常、変換率が約20パーセントだったので、Y軸は確か30パーセントに設定していました」。そこにZnCysのデータを読み込んだところ、グラフは真っ白だった。「なぜ消えたのだろうと思いました」と同氏は言う。だが本当は消えたのではなく、文字通り「振り切れた」データだった。変換率が55パーセントだったのだ。

問題はまだあった。ZnCys遺伝子を不活性化すると、藻の成長が止まってしまったのだ。「脂質の生産は歩留まりだけで決まるのではなく、細胞の成長スピードが関係しています」とアジャウィは述べる。

CRISPR–Cas9は大まかすぎた。そこで、RNA干渉（RNAi）と呼ばれる別の方法に切り替えた。「CRISPRがオンとオフのスイッチだとすれば、RNAiは調光機能です」とアジャウィは説明する。これを使うことで藻の突然変異体を微調整し、成長スピードを野生の藻とだいたい同じにしながら、脂質の生産量を2倍以上に増やすことができたのである。

ZnCysは主要制御因子であることが判明した。つまり、ほかの遺伝子にスイッチのオンとオフのタイミングを指示するタンパク質を作り出すのだ。

DOEのアクアティック・スピーシーズ・プログラムは少し早すぎたために、これを見つけて制御することができなかったのである。プログラムが終了した当時は、ゲノムひとつの配列決定にまだ何百万ドルも必要で、CRISPR–Cas9やRNAiで遺伝子の編集や調整をする方法は解明されていなかった。

そしていま、技術は見えてきた。化石燃料を掘る時代は終わり、大気中の炭素を吸収する有機物が生み出す可燃性エネルギーの新たな時代が始まろうとしている──と言いたいところだが、それは簡単なことではない。

「このテクノロジーを屋外にもち出すには、パフォーマンスにおいてたくさんの問題があります」とアジャウィは語る。まず屋外に出せば、藻は病気や捕食者といった外部の敵に晒されることになる。また、自然光の条件下でこの藻がどれくらい成長するかはまだよくわかっていない。そもそも産業として展開するなら、環境基準を満たしていることを環境保護庁（EPA）が確認したがるだろう。

そして最後に、現在は使えそうな藻が1種類しかない。「長期的には、食用の作物がまさにそうであるように、さまざまな環境に適応させるために複数の作物が必要になると認識しています」と、モエレリングは語る。藻を本当に未来の燃料にするなら、もっといろいろな藻を「太らせる」ことが必要になるだろう。