この投稿は，iGEM･Synthetic biology(合成生物学)･Japan Advent Calendar 2024の 1 日目です．
はじめに
こんにちは．tax_free です．
昨年は Japan-United が，今年は Waseda-Tokyo が日本勢として初めて Undergrad で Top 10 に入るという結果で嬉しい気持ちになっています．
その波に乗って iGEM Japan Community を盛り上げて，日本でもっと iGEM が広がってほしいという気持ちから，2022, 2023 に続いて Advent Calendar を企画しました．
2022 は 25 枠が全て埋まって喜び，2023 は 25 枠全てが違う人で埋まって喜んでいましたが，今年は 11 月中に 25 枠全てが違う人で埋まり，大変嬉しく，ありがたいです． 地味ながらも確実にアウトプットの文化が根付いていることを感じています．
ぜひ楽しく書いて，読んで交流していただけたらと思っています．
iGEM とは
去年からの伝統として，GPT に iGEM について説明させます．
iGEM(International Genetically Engineered Machine) は、合成生物学を活用して社会問題を解決する学生向けの国際コンペティションです。参加チームは遺伝子工学技術を用いて革新的なプロジェクトを設計・実行し、その成果を秋の
GiantGrand Jamboree で発表します。医療、環境、食品など多分野の課題を扱い、科学的貢献や社会的影響を評価されます。20032024 年に MIT で始まり、現在は世界中の学生が参加する大規模イベントとなっています。学びながら最先端の技術に触れ、国際的な交流の場を提供することが魅力です。
(ChatGPT - 4o)
iGEM 2024 に出場した日本チーム
iGEM2023に参加した日本チームは以下の6チームです(辞書順)． 辞書順に並べると以下のようになります：
- BotchanLab-Tokyo
- Grand-Tokyo
- Kyoto
- TokyoTech
- TUPLS-Japan
- UTokyo
- Waseda-Tokyo
各チームの Abstract・wiki・X をまとめました．
BotchanLab-Tokyo
私たちは、「Gassle」と名付けた大腸菌（E. coli）を考案しました。この大腸菌は、炎症時に大量に生成される一酸化窒素（NO）を検出することができます。本研究では、特徴的なおならの臭いを手がかりに、炎症性腸疾患（IBD）を診断する可能性を探求しています。早期の免疫抑制療法は、治療への反応を改善し、副作用を軽減することが示されています。これは、粘膜の治癒、入院や手術の減少、そして生活の質の向上をもたらすためです。私たちのプロジェクトには主に3つの要素があります。第一に、炎症時に増加する一酸化窒素濃度を検出し、プロピオン酸を生成する大腸菌の開発です。第二に、ヘルペスウイルスチミジンキナーゼ/ガンシクロビル（HSV-TK/GCV）システムを使用した大腸菌の増殖制御です。第三に、大腸菌を大腸に送達するためのカプセルの開発です。
Grand-Tokyo
血栓症は、世界の死因の4分の1を占めています。「血栓症」とは、血管を閉塞する血栓によって引き起こされる疾患の総称であり、心筋梗塞、脳卒中、肺塞栓症、心原性脳梗塞などが含まれます。この問題は、高齢化社会を迎えている日本において特に深刻です。G7諸国の中で、日本は総人口に占める高齢者の割合が最も高い国です。しかし、現在の血栓症の治療法には、体に大きな影響を及ぼす副作用が伴うため、私たちは日本の伝統食品「納豆」に含まれるナットウキナーゼを活用することを決めました。ナットウキナーゼは、体内に存在する線溶酵素プラスミンの効果を増強することで、強力な血栓溶解活性を示します。そのため、体に負担が少なく、消費者の抵抗感が少ない、新しい血栓症予防法となる可能性があります。私たちの製品は、お茶という形で提供され、毎日簡単に摂取でき、健康上の障壁を感じることなく利用できます。
Kyoto
窒素問題は、近年最も重要な課題の一つです。人間の活動によって環境に過剰に放出される窒素は、富栄養化を引き起こし、水生生態系に悪影響を与えるだけでなく、温室効果ガスである亜酸化窒素（N₂O）の形で気候変動にも寄与しています。この窒素流入の主な原因は、農地で使用される窒素肥料です。本プロジェクトでは、肥料による生産性を維持しつつ窒素問題を解決するため、最適な施肥管理を目的としたセルフリーベースの窒素バイオセンサーの開発に取り組みました。セルフリーバイオセンサーをサンプリング用ハードウェアと組み合わせることで、土壌中のアンモニウム（NH₄⁺）や硝酸塩（NO₃⁻）の濃度を正確に測定することを目指しました。さらに、この技術は他のバイオセンサーの開発にも応用可能なプラットフォームとして展開できるよう設計しています。
TokyoTech
農薬は現代の食料生産において重要な役割を果たしています。しかし、従来の化学農薬は、気候変動による環境変化や耐性を持つ害虫の出現、環境への悪影響など、さまざまな課題に直面しています。これらの問題に対応する手段として、RNA干渉の原理を利用したRNA農薬が注目されています。しかし、RNA農薬は自然環境での耐久性が低いことが実用化の障壁となっています。MOVEは、機能性タンパク質が表面に存在する膜小胞にRNAを包み込むモジュールです。MOVEを通じて、RNA農薬の有効期間を延ばし、その効果を最大化します。私たちは次のスローガンを掲げ、農業の未来を切り開いています。「MOVE RNA農薬、MOVE害虫駆除、MOVE農業」。
TUPLS-Japan
近年、アルテミス計画のような取り組みにより、宇宙資源の獲得や人類の宇宙居住の可能性が探求されています。しかし、宇宙放射線や紫外線の有害な影響により、通常の微生物は生存が難しく、放射線に対する耐性を持つ合成生物学的アプローチが必要とされています。私たちのプロジェクトでは、宇宙におけるエネルギー生産という重要な課題に取り組み、合成生物学を通じた解決策を提案します。電気化学的活性を持つ細菌であるシェワネラを改良し、放射線から保護すると同時に、放射線を利用可能なエネルギーに変換する「ENEducer」機構を組み込みました。さらに、安全性を確保するためにキルスイッチも統合しました。このシステムは、放射線をエネルギーに変換しつつ、宇宙空間で貴重な物質を生産できる微生物の開発に向けて有望な可能性を提供し、さまざまな微生物種への応用が期待されます。
UTokyo
視界が変われば、人生が変わります。緑内障は誰にでも影響を及ぼし得る深刻な眼疾患です。現代の医療技術をもってしても、この病気を根治する方法はなく、治療の目的は進行を遅らせることにとどまります。発見が遅れると治療の開始が遅れ、視界がぼやける、視力が低下する、さらには失明するなど、視覚の質（QOV: Quality of Vision）の低下を招きます。POIROTは、緑内障のバイオマーカーであるmiRNAを家庭で簡単に検出できることを目指しています。迅速な社会実装を実現するために、タンパク質ベースのセルフリーシステムを採用しました。この反応は等温条件で進行し、検査結果は色の変化で視覚的に確認できるため、使いやすさに重点を置いています。さらに、POIROTは、体液中の病気特有の（微量な）核酸を効率的に定量できるため、他の疾患にも応用可能な潜在的な可能性を秘めています。
Waseda-Tokyo
マイクロプラスチック問題に対する懸念や、数多くのインタビューを通じて浮き彫りになったプラスチックリサイクルのさまざまな課題を受け、早稲田-TokyoはPETaseの実用化を実現するための新しいアプローチとして「PET TWINS（PETase The Way to ImplementatioN Success）」を提案しました。このシステムは、BIND-PETaseモジュールとElectroCountバイオセーフティモジュールの2つの要素から構成されています。BIND-PETaseモジュールは将来的にプラスチックリサイクルを促進し、廃棄物処理問題やマイクロプラスチック問題の解決に積極的に寄与することが期待されています。また、進化工学の知見を基に、BIND-bearPETaseを設計し、その優れた機能性をウェット実験、エネルギーシミュレーション、数学モデルを通じて検証しました。さらに、電気入力によって2つの遺伝子の発現を誘導するElectroCountバイオセーフティモジュールの概念を導入し、BIND-PETase導入の障壁に対応するシステムとして期待されています。このシステムの実現可能性は数学モデルを通じて確認されています。PET TWINSの統合システムは、PETaseの社会実装を推進するための重要な一歩となるでしょう。
さいごに
Advent Calendar なので 12/25 までは毎日記事が追加されていきます．ぜひ読んでみて，興味を持ったライターやチームと積極的に交流していきましょう!
また，繰り返しになりますが，今年は 2 つめの Advent Calendar があります．私も書く予定ですが，こちらは 1 よりももっとラフに投稿してもらうことを想定しているので，1 つめの Advent Calendar に間に合わなかった人も是非書いてみてください!!!