研究紹介

生命がなぜ現在の20種類のアミノ酸を用いているのか、という問いは、生命の起源やアストロバイオロジーに関わる根源的な疑問です。私たちはこの問いを探究すると同時に、新しいタンパク質工学への応用を目指しています。

そのために、人工的に改変した遺伝暗号を用いた翻訳系や人工細胞を活用し、アミノ酸の種類を変化させたタンパク質の生成・人工進化を実験的に探究しています。

同一機能を持つタンパク質について、様々な生物由来で少しずつ異なる配列がデータベースに多数登録されています。

私たちはこれらを学習データとして、深層学習を活用して配列空間をモデル化し、そこから新たな配列を生成することで、新たな性質を持つタンパク質をデザインしています。さらに、立体構造予測AIによって構造や機能を事前に推定し、有望な候補を選び出します。その配列を合成し、実際に生物実験により評価することで、AIによるタンパク質設計がどこまで可能かを探求しています。

ゲノム情報の蓄積と、DNA合成技術の進展により、複数の遺伝子を組み合わせた「人工遺伝子回路」の構築が容易になってきました。遺伝子には「何を つくるか」と「いつ つくるか」という2つの情報があり、特に遺伝子間の相互作用を規定する後者は、研究者が設計する必要があります。

これまでは人間が膨大な組み合わせを評価する必要がありましたが、私たちはAIを活用することで、研究者の発想に応じた制御系を自動生成し、効率的に人工遺伝子回路を設計することを目指しています。

RNAワールドに存在したリボザイムなど、生命誕生の初期段階で鍵となる生体高分子を再現し、その機能を明らかにすることで、生命の起源に迫っています。さらに、地球外における生命の可能性も視野に入れ、地球とは異なる環境下でタンパク質など生体分子がどのように振る舞うかを探る研究も進めています。