ゼロから作り出した人工細胞を成長・複製させることに科学者が初めて成功

細胞は生命体の基本的な構成単位であり、成長・分裂・DNAの複製といった機能を持っています。新たにミネソタ大学の研究チームが、非生物的な材料を組み合わせてゼロから人工的に作られ、成長や分裂を行う人工細胞「SpudCell」を開発しました。

Biotic | SpudCell
https://biotic.org/research/spudcell/

Lab-created ‘SpudCell’ marks ‘stunning’ step toward building life from scratch | Science | AAAS
https://www.science.org/content/article/lab-created-spudcell-marks-major-step-toward-building-life-scratch

For the First Time, a Cell Built From Scratch Grows and Divides | Quanta Magazine
https://www.quantamagazine.org/for-the-first-time-a-cell-built-from-scratch-grows-and-divides-20260701/

This Cell Feeds, Grows and Reproduces. And It’s Manmade. - The New York Times
https://www.nytimes.com/interactive/2026/07/01/science/spudcells-synthetic-cell.html

約40億年前に無生物の原子が集まって形成された原子生命体は、栄養を摂取して成長・分裂し、長い時間をかけて進化を繰り返しました。その結果、細胞は多様な生命体へと変化していき、現代では多種多様な動植物や細菌が生息しています。

一部の科学者らはこうした生命の起源を調べるため、数十年にわたり人工的に細胞を作り出そうと取り組んできました。いくつかの研究では、油性分子から作った中空の泡に単純な遺伝子分子を封入したり、摂食や成長といった個々の細胞機能を再現したりすることに成功しました。しかし、これらの機能がうまく再現できる条件はそれぞれ異なっており、複数の機能を組み合わせるのは困難だったとのこと。

「パックマン」のように特定の物質だけを摂取・排出する人工細胞の開発に成功 - GIGAZINE

そんな中、ミネソタ大学の合成生物学者であるケイト・アダマラ准教授らの研究チームは、細胞分裂の完全なサイクルを実行できる人工細胞の構築を目指しました。アダマラ氏らはさまざまな研究からヒントを得た成分を開発・最適化して、リポソームという脂質二重層を持つ小胞の中で組み合わせたとのこと。

親細胞のDNAを複製して娘細胞に受け継がせるという細胞の最も基本的なシステムについては、2018年の研究で報告されたDNA複製システムを採用。さらに、DNAをメッセンジャーRNAに転写し、RNAをタンパク質に翻訳するために必要なタンパク質やリボソームなどの生体分子を混合したキット「PURE system」を利用し、人工細胞のタンパク質合成を可能にしました。

これまでの研究者らも、PURE Systemを使ってタンパク質合成などの基本的な細胞機能を備えたシステムを作ってきましたが、以前のシステムはゲノムに基づいて栄養を摂取したり、分裂したりすることはできませんでした。そこでアダマラ氏らは、人工細胞が特殊な分子タグを生成し、それをリポソームの表面に提示する遺伝子を組み込みました。この分子タグは、膜の成長に必要な脂質・リボソーム・酵素・小分子といった栄養を供給する「フィーダーリポソーム」と融合し、人工細胞が外部から栄養を摂取して成長することを可能にします。

また、天然の細胞は分裂の際に細胞骨格と呼ばれる内部的な足場を使いますが、機能的な細胞骨格をゼロから作るには数十種類のタンパク質が協調して動作する必要があり、これが合成細胞研究における大きなボトルネックになっていました。そこでアダマラ氏らは、ストレプトアビジンという分子と結合する分子タグを人工細胞に生成させ、この結合によって人工細胞の膜を物理的に曲げて分裂させるという手法を採用したとのこと。

こうしてアダマラ氏らは栄養を摂取して成長し、DNAを複製し、分裂する人工細胞「SpudCell」を開発することに成功しました。SpudCellは36種類の精製酵素、9つのDNA分子にまたがる9万塩基対のゲノム、そして脂質膜から構成されており、複数世代にわたって増殖・ゲノム複製・分裂を行うことが可能です。以下の図は、SpudCellが分裂する様子を示したものです。

問題としては、機械的な分裂によって複製されたゲノムがきれいに分離しないため、5回の分裂サイクル後も完全なゲノムを保持していたSpudCellはわずか30％にとどまってしまうという点です。また、タンパク質を合成するリボソームは時間とともに劣化してしまいますが、SpudCellには新しいリボソームを作ったり古いリボソームを除去したりする仕組みはありません。

とはいえ、SpudCellは個別に精製された非細胞材料を元にゼロから構築され、基本的な細胞分裂サイクルを実証した史上初の人工細胞だとアピールされています。アダマラ氏らが行った追加の実験では、一部のSpudCellに融合タンパク質の産生量を増加させる遺伝子変異を導入したところ、その変異を持つSpudCellはより速く成長し、より多くの子孫を生み出すことも実証されました。

なお、アダマラ氏らは研究論文を生命科学分野の学術誌・Cellに掲載しようとしたものの、査読者からこれは生物学の論文ではないと拒否されたそうです。そのため、アダマラ氏らはプレプリントサーバーのbioRxivにアップロードする前に論文を報道関係者に送付し、その後オンラインで公開しました。これは異例のやり方であると指摘されていますが、中にはアダマラ氏の発表方法を高く評価する科学者もいます。

SpudCellはさまざまな実験に応用することが可能であり、将来的にはバイオ燃料や医薬品などの新しい材料を作り出すために役立つ可能性があります。アダマラ氏らはさまざまな研究グループを連携し、研究を加速させることを目的として、Bioticという公益研究機関を設立しました。アダマラ氏とBioticを共同設立したスタンフォード大学の合成生物学者ドリュー・エンディ氏によると、Bioticはこれまでに1000万ドル(約16億円)の初期資金を集めており、そのほとんどを2026年9月に研究助成金として分配する予定だとのことです。