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 核、ミトコンドリア、小胞体など、生物の教科書を見れば、カラフルイラストで細胞の構造がはっきり図説されている。だが本当のところは、その秘密の半分もわかっていないという。

 細胞の構造をマッピングする人工知能システムで、人間の腎臓細胞を分析したところ、そこに70種ものパーツが含まれていることが判明。そのうち半分は、学者すらも見たことがないものだったのだ。

 細胞については「判明していることより、していないことの方が多いだろうとは思われていました」と、米カリフォルニア大学サンディエゴ校のトレイ・アイデッカー教授は語る。

 研究者は、それをさらに深く探る方法をようやく手に入れた。AIだ。

【画像】 ミクロンとナノの中間の大きさを調べる方法がなかった

 肉眼ではとても見れない小さな細胞を調べる方法は、主に2つある。顕微鏡による観察と、生物物理学的な分析だ。

 顕微鏡による観察はわかるだろう。観察したいタンパク質に蛍光の目印をつけ、その動きを観察する。

 これはミトコンドリアといった細胞小器官くらい、1ミクロンくらいの大きさまで見ることができる。

 他方、生物物理学的な分析では、あるタンパク質にだけ反応する抗体を用いて、細胞からそのタンパク質を取り出し、何か別のものがくっついていないか調べる。

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 こちらの方法では、タンパク質の大きさからナノ・サイズまで探ることができる。

 ところが、ここで困ったことがある。ミクロンサイズとナノ・サイズの中間の大きさを調べる方法がないのだ。

 「ナノメートルミクロンとの隙間をどう橋渡しするのか? それが生物科学における長年の難題でした」と、アイデッカー教授は話す。

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Image credit:UC San Diego Health Sciences

AIで細胞構造を予測

 その難題を克服する方法がAI(人工知能)だ。

 ディープラーニングを通じて学習した「MuSIC(Multi-Scale Integrated Cell)」という人工知能は、顕微鏡の映像から細胞の構造を予測して、そのモデルを作り出す。

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 それが描く細胞は、教科書イラストのように、決まりきった位置に特定のパーツが配置されていたりはしない。細胞の構造物は、状況や種類に応じて変化するものだからだ。

人間の腎臓の半分の細胞に未知のパーツが含まれていた

 『Nature』(21年11月24日付)に掲載された研究では、アイデッカー教授らがMuSICで人間の腎臓細胞をマッピングしている。

 その結果、細胞には約70種のパーツが含まれていることが明らかになった。だが驚いたことに、そのうち半分は未知のものだったのだ。

 たとえば、見慣れぬ構造のタンパク質グループが発見されている。

 これは、のちの分析でRNAに結びつく複合体であることが判明。

 遺伝子からタンパク質への翻訳や、どの遺伝子を活性化させるのか決めるうえで大切な、「スプライシング」という現象に関与している可能性が高いという。

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Image credit:UC San Diego Health Sciences

細胞の謎の解明ははじまったばかり

 アイデッカー教授によれば、今回の研究はほんの試運転に過ぎないという。なぜなら、MuSICによって分析されたのは、たった1種類の細胞と661種類のタンパク質だけだからだ。

 彼らが次に目指すのは、人間の全細胞を分析することだ。その先には、あらゆる生物のあらゆる細胞が待っている。

 こうした研究を通じて、いずれは病気を引き起こす分子基盤の理解も進むかもしれないとのことだ。

References:A multi-scale map of cell structure fusing protein images and interactions | Nature / We might not know half of what's in our cells, new AI technique reveals / written by hiroching / edited by parumo

 
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我々はまだ自分の細胞の半分を知らない。新しいAI技術で明らかに