DARPAのバイオテクノロジー担当者、2017年は "私達の心を吹き飛ばす"ものになると語る。

国防総省の研究部門は、そのハイリスク・ハイリターンのプログラムが医療を変えることに賭けている。

サイエンティフィック・アメリカン
2017年1月9日
ディナ・ファイン・マロン著

元記事はこちら。

https://www.scientificamerican.com/article/gene-therapy-tackles-a-common-birth-defect-deafness/

ルークアームは世界で最も先進的な義肢です。Credit: John B. Carnett Getty Images

インターネットやGPSを生み出した米国防総省の研究開発部門DARPAは、3年前に組織を再編し、生物学の工学的な秘密を解明するための新しいオフィスを設立しました。

この新しい生物学的技術局（BTO）は、「生物学的システムの力を利用し、新しい防衛技術を設計する」ことを使命としています。
過去1年間、約2億9600万ドルの予算で、記憶力の向上、人間と機械の共生、病気の発見と対応の迅速化などの課題を検討してきた。

DARPA（国防高等研究計画局）は、大きな見返りを期待している。そのBTOのディレクターである神経人工物研究者のジャスティン・サンチェスは最近、健康な人の日常生活を助ける神経インプラントに関する作業や、医療における「ゲームを変える」その他の進歩など、2017年に彼のオフィスから期待されることについてScientific Americanに語っている。

[インタビューの編集原稿は以下の通りです]。

2014年4月にあなたのオフィスが設立される前、DARPAはすでにいくつかの生物学的プロジェクト-抗生物質耐性との戦いや精神衛生への介入に関する研究など-に取り組んでいました。あなたのオフィスができたことで、何が変わったのでしょうか？

生物学と工学の境界領域で、長年にわたって生物学的な研究を行ってきましたが、それは各オフィスに分散していたのです。
私たちのオフィスでは、生物学的技術が、我が国の方向性だけでなく、我が国に襲来する脅威を形作る上で非常に重要な役割を果たすという認識があり、今後、焦点を絞った包括的な取り組みが必要だと考えました。

特にBTOは、必要な薬をその場で生産するプログラマブルな微生物を開発することを目指しています。

すごいですね。現在、どのような取り組みが行われているのでしょうか？

「リビング・ファウンダリー」と呼ばれるプログラムで、生きているものを作る鋳造所のようなものです。従来、私たちは化学で新しい化合物や新薬をつくってきました。しかし最近、酵母やバクテリアのような微生物でも化合物をつくることができることが分かってきました。例えば、酵母。酵母は糖を使って様々な経路でアルコールを生産します。しかし、その経路を再プログラムすれば、当初は作るように設計されていなかったさまざまな化合物を酵母が作るようにできる可能性があり、その場合でも同じ原料、つまり砂糖を使うことになります。

私たちのチームは、酵母を再プログラムするために必要な遺伝子コードを設計しています。これは、化合物を作る方法に革命を起こす方法として、これまでとはまったく異なる発想です。
このプログラムでは、プログラム期間中（残り3年間）に1,000個の新しい分子を作り出すことを目標に掲げていますが、チームは順調に成果を上げています。酵母の新しい経路を使って、すでに100近くの新しい化合物を生み出しているはずです。
生物学について考え、それを工学的なツールと融合させ、その2つの要素を使って何かを設計する、ということです。

では、化合物の設計はまだ初期段階にあるのですね。

今はミリグラム単位の化合物ですが、最終的にはキログラム単位にスケールアップする予定です。

このような化合物を作るための全く異なるファウンドリを設計することができれば、医薬品開発の考え方や、医療以外のアプローチに革命を起こすことができると考えています。どのような化合物に興味を持つかによって、医療用か、元素よりも頑丈な新素材を作るか、などさまざまな可能性があります。

次期大統領と共和党が支配する議会は、研究活動にどのような影響を与えるのでしょうか？

私たちは通常、そのようなことには立ち入らないようにしています。私がいつも強調したいのは、政治情勢がどうであれ、DARPAの使命に変わりはないということです。私たちの使命は、国家安全保障のための画期的な技術です。科学技術に関して、世界の他の人々が考えていることのはるか先を考えることが、私たちの仕事であり役割なのです。その使命は、世の中の広大な政治状況を超越するものだと思います。ですから、今回の選挙サイクルだけでなく、将来の選挙サイクルにおいても、何が起ころうとも、私たちはその使命を堅持します。

2017年、BTOで最も楽しみにしているプロジェクトは何ですか？

子供と同じで、お気に入りはひとつだけではありません。私は、お気に入りを複数持っています。2017年に取り組むべき重要なものをいくつか紹介させてください。
1つ目は、私たちが「Outpacing Infectious Disease感染症に打ち勝つ」と呼んでいる分野です。私たちの現在のアプローチは、新しい病原体が上陸するたびに、誰もがスクランブルをかけるというものです。
私たちは、上陸する可能性のある病原体に先手を打ち、パンデミックを回避するために、できる限り野心的でありたいと考えています。私たちは、DNAやRNAを用いた予防接種のアプローチで新しい仕事を開拓してきました。具体的には、免疫に対する核酸のアプローチについて考えています。
これは、ある病原体に対して有効な抗体を産生するための正しいコードを、抗体を産生する細胞に伝えることができるというものです。つまり、注射を打つのですが、その注射には病原体にどう反応するかを細胞に伝えるコードが含まれているわけで、その結果、病原体に対してほぼ瞬時に免疫ができ、病原体と本当に戦うことができるようになるのです。

従来の感染症対策では、病原体を特定するだけでなく、大きなバイオリアクターなどを使ってワクチンを製造するのに何ヶ月も、あるいは何年もかかっていましたから、最終的に我が国にやってくる脅威に対して、このプロセスはあまりにも遅すぎます。
ですから、私たちはこの基本的な技術を開発するために、DNAとRNAをベースにした感染症対策という根本的に異なるアプローチを取ったのです。
2017年には、それに関する大きな発表があるのではないかと期待しています。

どのような発表ですか？

マウスモデルでは、核酸によるアプローチがうまく機能していることを示す、非常に良い結果がすでに得られています。現在、ヒトでの安全性試験を始めているところです。これらは初期の研究ステップです。来年は、このエンド・ツー・エンド・プラットフォームのための新しいプログラムを構築するつもりです。
2017年には、この分野での取り組みについて、これが単なる願望ではなく、私たちがBTOで目指しているものであることを示すような発表ができることを楽しみにしています。
もしここで成功すれば、感染症に対する考え方が大きく変わると思います。

ここ数年、脳を制御する人工装具や外骨格が話題になっていますね。DARPAのBTOは、この分野にどのように関わっているのでしょうか？

私たちはこの分野に大きな関心を持っています。世界で最も先進的な義肢である「ルーク」義肢を初めて2本、商業的に販売したのです。私たちは一生懸命研究していますが、それが退役軍人の手に渡るということは、本当に素晴らしいことです。これは脳制御義肢の第一歩ですが、私たちはそれだけにとどまりません。

将来的には、神経活動で制御できるさまざまなデバイスが登場し、アシスト型だけでなく、健常者が日常生活で使えるようなものも出てくると思います。
もうひとつ、2017年の抱負は、日常生活におけるニューラルテクノロジー（神経技術）を考えることです。

そうなんですか。健常者、非障害者が日常的に使うアプリケーションとしては、どのようなものを考えているのでしょうか？

私は、ニューラル・テクノロジーを使って、私たちの相互作用の仕方、コミュニケーションの取り方、そしてもしかしたら意思決定の仕方を変えることにとても興味があるんです。
私は、認知補助について考えています。さまざまな人を助けることができる、さまざまなアイデアがあります。このようなコンセプトについて考え、その道を進むための技術について考えるための扉は、今まさに開かれようとしているのです。

DARPAはこれまで、少なくともプロジェクトが完了するまでは、あまり一般に公開されることなく運営されてきました。しかし、DARPAが行っている医療技術の多くは、アメリカの一般市民に影響を与えたり、利益をもたらしたりする可能性があるという現実を、どのように受け止めていらっしゃいますか？

DARPAでは、世界とビジョンを共有し、約束したことを確実に実行するために、レーダーの下で非常に懸命に、そして勤勉に働いています。私たちがメディアで大きく取り上げた分野のひとつに、「ブレイン・イニシアチブ」についての取り組みがあります。
この分野は、オバマ大統領が我が国の課題として設定したものです。ここ数年、私たちは「ブレイン・イニシアチブ」の技術を実証するだけでなく、他の連邦機関、たとえばNIH（国立衛生研究所）やNSF（全米科学財団）と協力して、私たちの成果を国際的に共有し、他の科学者や医療専門家がその情報を利用して、自分たちが行っていることをより加速できるように取り組んでいます。
もうひとつ、感染症に関する研究についても、私たちは積極的に情報を公開しています。DNAやRNAを使ったアプローチで大きな成果が出るたびに発表していますし、私たちが研究助成している研究者のひとりが外部から追加助成を受けた場合にも発表しています。

最近、DARPAが資金提供した研究が『Neuron』誌に発表され、脳深部への刺激は記憶を改善せず、むしろ記憶を悪化させるという結論が出されました。しかし、数年前に行われた研究では、脳深部刺激が記憶力を向上させるという逆の結果が得られています。このことは、あなたの会社のこの分野での仕事にどのような意味を持つのでしょうか？

神経技術は、私たちのオフィスでも非常に大きな分野です。医療面では、神経インターフェース（脳と神経刺激装置、コンピューター、人工装具などの装置との接続）を直接利用することで、運動や感覚、神経精神疾患の健康を回復できることを示し、大きな前進を遂げました。この研究に関して興味深いのは、多くの人が、脳の重要な部位を特定して刺激を与えれば、魔法のように反応が得られると思っていることです。しかし、そうではありません。
脳内で起こっていることを図にすると、正しいコードを脳に送らないと、記憶の促進は得られず、むしろ記憶を損なうことさえあることがわかりました。逆に、正しいコードを送り込めば、宣言的記憶を大きく改善することができるのです。このプログラムでは、そのような側面も見てきました。ですから、これらすべてを見てから一歩下がって評価をすると、私たちはコインの両面を手に入れることができるのです。記憶を損なうコードと記憶を促進するコードを理解したのです。このことは、次世代の脳の探求のために、より深い調査を促すと思います

早速ですが、「コード」とはどういう意味なのか、はっきりさせていただけますか？

コードには2つの意味があります。個々のニューロンの正確な発火です。例えば、100個の神経細胞があり、それらがすべて異なる時間に異なる場所で発火するとします。「ナンシー」や「ツリー」という言葉を思い出そうとするとき、それらの発火のオフとオンがすべて解釈されるのです。
そのような神経発火パターンが集まって、脳波やリズムがつくられるのですが、そのレベルでも脳を研究しているのです。
このように、脳のさまざまな側面を理解することが重要なのです。このような測定ができるようにならなければ、このような理解はできません。ですから、DARPAのような組織がニューロテクノロジーを開発することは非常に重要なのです。このプログラムでは、適切な種類のコードを使用することで、人間の記憶性能に大きな改善が見られるチームがいくつかあります。

また、「バイオクロニシティ」プログラムでは、生物学的機能における時間の役割を探求し、人間の生理機能に及ぼす時間の影響を管理しようとしていますね。

私たちは生物学を理解していないため、多くのことを偶然に任せています。しかし、生物学に対する私たちの理解は大きく深まっています。工学的な技術を使って生物学と相互作用できるようになれば、私たちの身体、脳、免疫系に関する考え方も、食料供給に関する考え方や相互作用の仕方も変わってくるでしょう。
将来に向けて、とてもエキサイティングな時代になると思います。2017年には、私たちの想像をはるかに超えるようなことが起こると思います。

執筆者紹介
ディナ・ファイン・マロンは、以前サイエンティフィック・アメリカンの副編集長で、現在はナショナルジオグラフィックの野生動物取引調査記者です。Dina Fine Maronさんをツイッターでフォロー クレジット: Nick Higgins

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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。