DARPAと合成生物学の未来

国防高等研究計画局（DARPA）が、合成生物学という有望な分野の飛躍的な進歩にどのように貢献したかをご紹介します。

ベンジャミン・ウォルフソン著
2017年12月6日（木）

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合成生物学は、情報量と資本力の両面において、最も急速に成長している分野の一つである。
2012年、世界経済フォーラムは21世紀の最も重要な新興技術として第2位にランク付けし、2016年のリストには明示的に登場しないが、新興技術の半分は合成生物学によって実現されているか、合成生物学が関与しているものである。
ピアレビュー誌に掲載される合成生物学の年間論文数は2010年から倍増しており、合成生物学市場は年平均成長率24％で、2021年には114億ドルに達すると予想されています。

このような急成長は、合成生物学研究の真の姿を裏付けています。米国の科学研究費の大半は、国立衛生研究所（NIH）や全米科学財団（NSF）といった連邦組織が拠出していますが、合成生物学は学際的で工学的な要素が強いため、NIHを含む多くの生物医学分野の助成対象からは外れています。
NSF は医学以外のあらゆる分野の研究を支援する、米国最大の基礎研究助成団体です。NSFは過去10年間、合成生物工学研究センター（SynBERC）を通じて合成生物学に1億4千万ドルを投資しましたが、このプログラムは2016年に終了し、NSFが出資するエンジニアリング生物学研究コンソーシアム（EBRC）に取って代わられました。
この団体は、エンジニアリングバイオロジーの発展を導くことを目的としていますが、資金提供機関ではありません。EBRCは合成生物学のコミュニティの成長を促進し、トレーニングを提供し、ベストプラクティスを定義することを目指します。
これらは賞賛に値する目標ですが、EBRC は SynBERC の終了によって空いた穴を埋めるものではありません。

従来の基礎科学に重点を置いた資金源がない中、合成生物学ブームを牽引する資金はどこから 来るのでしょうか。答えは2つあります。
民間資本と国防総省（DOD）です。合成生物学関連の民間企業は160社以上あり、2009年以降、民間投資ベンチャーキャピタルから54億ドル以上の資金を集めています。民間資金は、ほとんどの科学分野においてますます重要な資金源となっていますが、それだけに問題点も多くあります。データの私的所有は共有の制限を意味し、科学全体の成長を制限する。利益を優先するあまり、明確な用途のない科学は制限され、市場に依存することで資金調達が不安定になる。今日でも、質の高いオープンな基礎研究の大半は、連邦政府の資金によって支えられている。しかし、NSFのような組織は主に基礎科学に資金を提供していますが、すべての公的資金が問題なく利用できるわけではありません。2008年から2014年の間に、米国は学術機関および産業機関の合成生物学研究に約8億2000万ドルを投資し、その67％は国防総省からでした。国防総省の中でも、合成生物学研究の主役は国防高等研究計画局（DARPA）です。

1947 年に国防総省が設立された主な理由の 1 つは科学研究への資金援助でした。
トルーマン大 統領は国防総省設立の際、「軍事的備えの中で科学研究ほど重要なものはない」と述べてい ます。国防総省は創設以来、この使命を真剣に受け止め、国防総省の研究は、インターネット、レーダー、集積回路、GPS、無線移動体接続など、現代生活に必要な多くの技術の発展に寄与している。

アイゼンハワー大統領は、1957年にソビエト連邦がスプートニクを打ち上げたことを受け、DARPAをAdvanced Research Projects Agency（ARPA）として設立した。アイゼンハワー大統領は、ARPAに「スプートニクのような技術的驚きを防ぎ、大きな技術的見返りが期待できる革新的でリスクの高い研究アイデアを開発する」ことを課した（Beyond Sputnik:ARPA は、「スプートニクのような技術的驚きを防ぎ、大きな技術的見返りが期待できる革新的でハイリスクな研究アイディアを開発する」（Beyond Sputnik: U.S. Science Policy in the Twenty-first Century, Neal, Smith and McCormick, 2008）。
ARPAは、ハイリスク・ハイリターンの基礎研究に取り組み、科学の進歩の大部分を占める漸進的な進歩に代わって、変革的な変化を推し進めるために設計された。

2010年当時、DARPAは合成生物学にほとんど資金を提供していなかったが、2014年には年間1億ドルにまで投資額を増やしている。資金増加の後には、DARPAのプログラム「Living Foundries」が創設された。Advanced Tools and Capabilities for Generalizable Platforms」は、生物の新たな生産株の生成速度の向上とコスト削減を目指すものであった。このプログラムは2012年に始まり、2014年にLiving Foundriesは新しいプログラムであるLiving Foundriesに移行しています。「1000 Molecules」は、2019年まで1億1000万ドルを投資し、産業や防衛に関心のある1000の分子を生産できる生物を生成する施設を可能にするものである。これらの資金は、多様なプロジェクトに投入されます。例えば、MITのブロード研究所は、大規模な遺伝子システムを構築する能力を向上させるために資金を提供しています。例えば、DARPAが資金提供したバイオテクノロジー新興企業Ginkgo Bioworks社は、兵士によく見られる感染症を予防するためのプロバイオティクスを開発しています。

DODはバイオテクノロジーの重要性を認識し、2014年にBiology Technology Office（BTO）を設立し、Living Foundriesプログラムのほか、現場で必要に応じて薬を作るためのプラットフォームを開発するBattlefield Medicineや、安全にゲノム編集するためのツールを作るSafe Genesなど、多数のプログラムを収容しています。
BTOの対象は合成生物学だけではありませんが、合成生物学のツールがさらに開発されれば、より多くのプロジェクトで合成生物学のツールや技術が適用されることになります。合成生物学は現在最も重要な研究分野の一つであり、合成生物学研究に対するDARPAのアプローチはこれまでに成功を収めている。
Living Foundriesの最初の反復は、新しい生物の生産株を作る速度を7.5倍に高め、コストを4倍に下げることに成功した。

こうした成功にもかかわらず、DARPAは合成生物学研究の連邦政府の主要な資金提供者としては理想的な組織ではありません。
DARPA は設立当初は多様な基礎研究に多額の資金を提供していましたが、1970年にマンス フィールド修正条項が成立すると、国防省は「特定の軍事機能または作戦に直接的かつ明白な関係を持たない」研究には資金提供を行わないようになりました。
これにより、国防総省の研究予算の約60%に相当するプロジェクトが中止されるか、他の連邦機関に移管され、米国の研究資金の流れが根本的に変わった。

DARPAは競争的資金を提供することもあるが、それはDARPAが優先順位をつけた特定のプロジェクトに向けられたもので、公募ではなく、資格を持った研究者の一部に限定して発行されることが多い。これらの競争的資金は、特定のプロジェクトに向けた特定の研究サービスや調査のための民間企業との契約と組み合わせて提供される。
マンスフィールド修正条項の制限により、研究者はしばしばDARPAの要件に適合するように研究の焦点を変更したり、潜在的な軍事的応用を特定したりすることがある。

さらに、合成生物学に対するDARPAの支援が持続可能であるとは考えにくい。2017年度の予算案では、DODの研究・試験・評価活動の予算が3.6％増額されていますが、これには基礎研究への1.4％の削減が含まれており、さらにトランプ大統領の2018年度予算では2.1％の削減案が提示されています。これは、応用科学が発展するためには、基礎的なベンチリサーチにも資金が必要であるという基本的な事実を無視している。合成生物学の基礎研究に資金を提供する機関が追加されなければ、応用科学は低迷する可能性が高いのです。

このような問題は、米国の科学全体が抱えている問題とほぼ同じです。科学研究に対する産業界の支援は増え続けていますが、そのモチベーションの違いから、連邦政府が資金を提供する開かれた科学に取って代わることはできません。
資金調達の手段として考えられるのは、個人からの寄付である。小規模なものではクラウドファンディングがあり、大規模なものではシリコンバレーの億万長者たちが立ち上げた寄付や非営利の研究機関が、連邦政府の支援減少によるギャップを埋めることができるのか、生物医学の分野では注目されている。

現在、国防総省は明らかに、合成生物学が米軍にとって価値あるものであると見なしています。国防総省の技術情報局（OTI）が最近発表した報告書では、研究者が軍の研究所に2～4週間滞在して研修を行い、研究を指導することを助成金の支給要件とするよう提言しています。また、OTIは、軍の士官学校の学生が少なくとも1夏を民間の研究機関で研究し、合成生物学の専門知識を得るために国際遺伝子改変マシンコンテスト（iGEM）に参加することを提案した。

OTI は、重要な人的資源があることを認識し、独自の科学的労働力を創出することで、軍事科学を民間の機関から切り離すことに価値を見出しているのです。

近い将来、合成生物学に対する連邦政府の主な資金源は DARPA であり続けるでしょうが、合成生物学は軍や民間の資金の枠外で生き残れるようにならなければなりません。軍事研究への資金提供は、二重使用の原則によって正当化されることが多く、どんな知識や製品も軍事と民間の両方の目的に使われる可能性があると認識されています。しかし、研究プロジェクトの当初の目的は、その将来の成長と応用を形作るものです。研究者は、マンハッタン計画の多くの科学者が陥った罠を覚えておかなければならない。原爆が完成した後、それを作った科学者たちは、トルーマン大統領に原爆を使うなと迫った。彼らは自分たちが作ったものの恐ろしさを認識し、アメリカ科学者連盟と原子力科学者会報を結成し、軍備管理・軍縮に力を注いでいる。
研究者は民間利用を第一に考えているが、その発見が本人の同意なしに、破壊的な効果をもたらすために再利用されることがある。

合成生物学は、世界中の人々の生活を向上させることが期待できる素晴らしいツールに成長しつつありますが、その運命をより良いものにするための資金源なしには実現できません。
この分野で最も期待されているのは、コンピュータの研究によって築かれた道をたどることです。第二次世界大戦では、暗号解読などの軍事利用を目的に、コンピュータ技術が大きく発展した。しかし、民間のコンピューター研究は、戦前から急速に進展しており、戦中、戦後も多様な資金源の助けを借りて続けられてきた。現在、コンピュータ技術の研究の多くは、民間企業が独自の収益源から資金を得て行っているが、学術研究者やアマチュア研究者にとっても利用しやすい環境にあることに変わりはない。
合成生物学の現在の焦点は、エンジニアリング・ツールセットの開発を促進する基礎研究であり、それは将来の詳細な調査や製品開発に応用されることになる。
現時点では、DARPA の資金援助によってツールが開発され、その後、他の工学分野の現状と同様に、収益に基づくビジネスモデルが合成生物学の研究を推進するのに十分であることが最も期待されるところです。

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生物学的技術局（BTO）はDARPAの技術部門で、工学と情報科学の進歩を活用して、技術的優位性のためにバイオテクノロジーを推進し、再形成することに重点を置いています。BTO は、DARPA 内のすべての神経技術、ヒューマン・マシン・インターフェース、ヒューマン・パフォーマンス、感染症、合成生物学のプログラムを担当しています。

BTOは、最先端の技術者、研究者、新興企業、産業界を結集し、重要な問題を解決し、技術革命を推進することを目的としています。

参考記事

1   DARPAによると、合成生物学は将来の防衛技術のコアサイエンスです。
最近のプログラムの一部を紹介すると、

●遺伝子プログラムを通じた遺伝子組換え研究
●生物デザイン（意図した生物学的効果を生み出すよう遺伝子操作された生物を生み出す）
●合成生物学の人工知能設計エンジン開発

2  「DARPAは、国家安全保障の目的をサポートするために合成バイオ製造技術をうまく移行」

1630を超える分子と材料を集合的に-日付まで生産しており、さらに重要なことに、DARPAはこれらの技術のサブセットを陸軍、海軍の5つの軍事研究チームに移行しています。

DARPAは、Living Foundriesを通じて、合成バイオ製造を、幅広い国家安全保障目標をサポートする予測可能なエンジニアリング手法に変えました。