合成生物学の進歩が安全性を犠牲にしないようにするには、どうすればよいのでしょうか？
DNAベースのコンピューティングなどの新たな産業には、バイオセーフティおよびバイオセキュリティに対する先を見据えたアプローチが必要です。
具体的には、新たなDNA分子を作製する際には、高リスクの配列パターンを厳格にスクリーニングすることが不可欠ですが、規模の大きさと標準化されたプロセスの欠如が大きな課題となっています。
好奇心が科学者やエンジニアを進歩へと突き動かします。（DNAベースの計算プラットフォームを含む課題の解決に、電子機器ではなく生物学を用いること）バイオエコノミーを構築し始めるにあたり、私たちは厳格な好奇心を持ち続けなければなりません。単に何を作り出せるかだけでなく、意図せず何を解き放ってしまう可能性があるかについても、です。
最も重要な問いの一つは次のとおりです。合成生物学の進歩が安全性を犠牲にしないようにするには、どうすればよいのでしょうか？
バイオエコノミーにおけるDNAの利用は、一般的に新薬や医療処置の開発といったライフサイエンスの文脈で捉えられています。しかしながら、DNAベースのコンピューティングを含む新たな産業は、一部のワークロードの処理において、従来のコンピュータと比べて大きな利点をもたらします。DNA計算プラットフォームはエネルギー消費がきわめて少なく、占有する空間もはるかに小さくなります。これにより、ライフサイエンス目的よりも計算目的で作られる合成DNAの方が多くなる世界が到来する可能性があります。
次の比較を考えてみてください。人体のゲノムには30億塩基対（3 Giga-base pairs）のDNAがありますが、私たちがポケットに入れて持ち歩くスマートフォンには、数百ギガバイトのデジタルデータが保存されています。機会がある一方で、悪意ある行為者によってこれらの新技術が使用された場合に生じうる意図しない影響について、私たちは引き続き警戒を怠ってはなりません。
責任ある管理には、バイオセーフティおよびバイオセキュリティに対する先を見据えたアプローチが求められます。これには、業界全体が合成DNAを既知の病原体や毒素に対してスクリーニングするための標準プロトコルを採用し、公衆衛生と安全に対する新たかつ出現しつつある脅威を捉えるための、常に更新されるデータベースを維持することが含まれます。
具体的には、新たなDNA分子を作製する際には、高リスクの配列パターン（既知の有害な配列と重なる特定のDNA配列）を厳格にスクリーニングすることが不可欠です。ここでの課題は、扱っている対象の規模の大きさにあります。サッカー場ほどの大きさのデータセンターに保存されたすべての情報は、小さな合成DNAの一瓶に変換することができます。そのため、私たちが生産するすべての組み合わせが安全であり続けることを保証する、強固な戦略が必要となります。
デジタルデータをDNAに変換するために用いられている一つのアプローチは合成であり、これはバイナリデータが内部に格納された新たなDNA鎖を作製するものです。合成では、新しい情報をDNAに変換するために無限に近い数のDNA鎖が作製され、そのそれぞれが潜在的な曝露のポイントを表します。
この問題に対処するため、当社のCATALOGは、DNAデータのすべてのエンコードにおいて「クリーンライブラリ」の利用を先駆けて進めています。このライブラリには、異なるデジタル情報を表すために様々な方法で組み合わされる30〜50塩基対のDNA構成要素が含まれています。このライブラリは、アルファベットの文字のようなものと考えてください。オックスフォード英語辞典には、わずか26文字の組み合わせに基づく60万語を超える単語が収録されています。
CATALOGのアプローチの利点は、ライブラリ内の各DNA鎖の塩基対が厳格なスクリーニングを経ており、生物学的に安全であると認証されていることです。これらの塩基対は、追加のスクリーニングを必要とせず、無限の方法で組み合わせることができます。合成では、新しい情報がDNA内に格納されるたびに、バイオリスクの兆候についてスクリーニングを行う必要があります。
CATALOGの体系的なアプローチにより、ライブラリを拡張する際にも、次の基準に従う限り危険が持ち込まれないことを確信できます。その基準とは、スクリーニングの推奨事項であり、米国保健福祉省によって定められたものです。
当社のスクリーニング作業では、オープンソースのソフトウェア群The Common Mechanism（国際バイオセキュリティ・バイオセーフティ科学イニシアチブ（IBBIS）が開発）を使用しています。これは4つのリスクデータベースに対してDNA配列をスキャンするよう設計されています。その結果、検証済みの構成要素のセットを用いたすべての今後のDNAエンコードは、対応するデータベースに新たな配列が追加されるまで、病原体および毒素のスクリーニングに関する現行のIBBIS基準に照らして安全とみなされます。更新は必要に応じて提供され、ローカルに容易にダウンロードできます。
今後を見据えると、クリエイターが自らの創作物を安全に保つために必要なツールを、継続的に監視し適応させる責任を一人で負わされるべきではありません。実際、有害な配列を能動的に監視している現在の合成DNA企業は、標準化された実践が存在しない中で自主的にそれを行っています。多くの企業は、経済的インセンティブや、社会の長期的利益と一致しない最短の利益追求の道を取る受託者責任すら抱えている場合があります。
加えて、悪意ある行為者は、有害な目的でDNAを合成するために、既存のバイオセーフティ・スクリーニングツールを回避する新たな戦略を進化させ続けています。これらの個人を特定し、その意図を適切な当局に通知する方法は、当業界に追加的な責任を課すものです。
9月にジュネーブで開催された、世界経済フォーラム、IBBIS、そして感染症対策イノベーション連合（CEPI）が主催したイベントにおける世界のリーダーとの議論は、この課題の複雑で地球規模の性質を浮き彫りにしました。バイオエコノミーは国境や分野を越えた協働的な取り組みです。しかしながら、バイオセーフティおよびバイオセキュリティへの行動を促す業界のインセンティブは、イノベーションへのインセンティブに遅れをとっています。
科学者、政策立案者、産業界のリーダーの全員と関わり、DNA経済において実現しつつある技術的能力とともに規模と進化を続ける、強固な相互チェック・均衡の仕組みを構築する必要があります。
