●書籍紹介
合成生物学とは、「つくる」ことを通じて生物システムを理解するための生物学です。分子生物学、遺伝子工学などの知見に工学（エンジニアリング）の考え方を加え、新しい生物システムを作り出すことを目標としています。本書は、学生や市民科学者を対象に、合成生物学の基礎と実際の実験を解説する書籍です。バイオデザイン、DNA工学の基礎の解説にはじまり、「バナナの匂いのする大腸菌」や「細菌写真システム」を作るなどの実験を実際に行います。重要な生命倫理に関しても1つの章を設け、これまでの議論や今後の課題について紹介しています。
●書籍概要
Natalie Kuldell、Rachel Bernstein、Karen Ingram、Kathryn M. Hart 著
津田 和俊 監訳
片野 晃輔、西原 由実、濱田 格雄 訳
2018年11月21日 発売予定
A5判／260ページ（オールカラー）
ISBN978-4-87311-833-8
定価2,408円
◎全国の有名書店、Amazon.co.jpにて予約受付中です。
●「監訳者あとがき」から
『バイオビルダー ― 合成生物学をはじめよう』は、合成生物学の基礎を学ぶことができる入門書であり、「国際合成生物学大会（iGEM）」のプロジェクトを追体験できる実験演習ガイドです。そしてまた、「DIYバイオ」に取り組み始めるための手引きとして役立てることもできるでしょう。この日本語版あとがきでは、その概要の説明と補足をして、日本における合成生物学やDI バイオの状況を紹介します。
合成生物学の入門書̶ ― 合成生物学とは
合成生物学（synthetic biology）は、分析的で博物学的な従来の生物学に対して、「つくる」ことを通じて総合的に生物システムについて理解しようとする生物学です。そのため、生化学、分子生物学、遺伝子工学をはじめとした幅広い生物学の豊富な知見に加えて、「つくる」ことの専門である工学の分野でこれまで培われてきた考え方が取り入れられています。本書で紹介されている工学の考え方としては、抽象化、設計、論理回路、標準化、モジュール性、分離、測定、モデリング、実用性、安全性、冗長性などがあります。そして、工学と同様に基本的なツールキットを確立して、より信頼性の高い生物システムをデザインして構築すること、究極的には設計したDNAを使って新規の生物システムを一からつくることが目標となっています。
本書の後半部分にあたる実験演習では、工学の「デザイン／ビルド／テスト」のサイクルに沿って、その取り組みが紹介されます。これはDNAに着目した表現では「DNAの読み書き」のサイクルとも言われます。生物システムからDNA（物質）を抽出して、そのDNA配列（情報）を決定（シーケンシング）するのが「読み」です。その逆向きのサイクルで、DNA配列（情報）を編集して、そのDNA（物質）を設計して合成するのが「書き」で、設計された仕様通りに振る舞う生物システムを構築することを目指します。読み書きの能力のことをリテラシーと呼びますが、いわば生物システムに対するリテラシーを新しく育むことも、合成生物学のひとつの役割となっています。
合成生物学は、食糧・エネルギー、環境、健康・医療、製造などと応用分野が幅広く、その社会へ与える影響の大きさから、生命倫理、安全保障、知的財産などの課題も提起しています。とりわけ、生命倫理は非常に重要なテーマであり、本書の中でも1章分をさいて紹介されています（4章「生命倫理の基礎」）。
日本でも、合成生物学に関しては、例えば「細胞を創る」研究会（http://www.jscsr.org/）などで盛んに議論されており、特に生物の基本単位である細胞をつくるアプローチからの合成生物学が成熟してきています。日本の合成生物学の経緯に関しては、岩崎秀 雄さん（早稲田大学理工学術院教授）の著書『〈生命〉とは何だろうか̶ 表現する生物学、 思考する芸術』（講談社現代新書）にまとまっています。
iGEMを追体験する実験演習 ― iGEMと日本チーム
合成生物学の発展を促進するために、生物システムに新しい機能を持たせたアイデアを競う世界規模のコンペが、国際合成生物学大会（iGEM）です。特に、（工学の考え方のひとつである）標準化の規格として、「バイオブリック（BioBrick）」と呼ばれる標準化されたDNAパーツを採用している点が特徴です。参加チームは、バイオブリックを組み合わせて、目的の機能を実現する生物システムを設計・構築し、その成果をプレゼンテーションします。そして、オープンソースの理念のもと、新規に提案された有望なバイオブリックは、「標準生物学的パーツ・レジストリ（Registry of Standard Biological Parts）」（現在、2万以上のDNAパーツが収録）に登録され、翌年の大会から全参加 チームが利用できるようになります。
特筆すべきこととして、iGEMでは、バイオセーフティとセキュリティが非常に重視されています。そのため、成果物にしても、チームのWikiページ、レジストリ・パーツのページ、ポスター、プレゼンテーション資料などに加えて、事前にバイオセーフティに関する書類を提出することが義務付けられています。標準的な実験生物や安全性が確認されているパーツが記載されている「ホワイトリスト」が明示されており、ホワイトリストに掲載されていない生物やパーツを使用したい場合は、iGEMの安全委員会のチェックを受ける必要があります。そして、禁止されている生物やパーツは、より安全なものに代替するようプロジェクトをデザインしなおす必要があります。
主な参加対象は、大学生、高校生、大学院生のチームで、iGEMは“生物版国際ロボコン”とも称されます。参加チームは、世界が直面している重要な課題はもちろん、取り組むテーマを自由に選ぶことができ、複数の部門で競い合います。2018年大会では、10の一般部門（診断、エネルギー、環境、食糧・栄養、基礎的な進展、高校、情報処理、製造、新しい応用分野、治療法）と、2つの特別部門（オープン、ソフトウェア）が用意されました。大会の規模は年々拡大しており、また2014年からはコミュニティラボからも参加可能となって、ここ2〜3年は世界中から約300チーム、約6,000人が参加する世界最大規模の合成生物学の大会となっています。
日本からもこれまでに、東京工業大学、千葉大学、東京大学、京都大学、大阪大学、東京農工大学、京都工芸繊維大学、北海道大学、首都大学東京、神奈川工科大学、愛媛大学、長浜バイオ大学、岐阜大学、東京理科大学などの大学のチームが参加しています。これまでの参加チームのプロジェクトには、例えば、抗菌作用のある香りを生成する大腸菌を用いて電気を使わない食品保存庫を目指す「FLAVORATOR（香蔵庫）」（長浜バイオ大学、2015~2016年）、大腸菌の細胞間コミュニケーションによってロミオとジュリエットの物語の再現を試みる「“Romeo and Juliet” by E.coli cell-cell communication」（東京工業大学、2012年）、ヒト細胞と大腸菌の共培養システムを開発する「Coli Sapiens」 （東京工業大学、2017 年）などがあります。
DIYバイオを始める手引き̶ ― 身近になっているスキル
本書の実験演習では、滅菌操作、微生物の培養、コロニーPCR、DNA電気泳動、形質転換、分光光度分析、酵素活性アッセイなど、バイオテクノロジーのスキルがいくつか紹介されており、これから「DIYバイオ」で実験を始めてみたいと考えている方にとっての手引きにもなっています。
バイオテクノロジーは、古くから発酵や醸造などの食文化、近年は医療やエネルギー分野など多くの側面で私たちの生活に関係していますが、特にここ数年は取り巻くテクノロジーの飛躍的な発展によってそのスキルは身近になってきています。その背景として、「DNAの読み書き」のコストの急激な低下があげられます。アメリカ国立衛生研究所（NIH）の国立ヒトゲノム研究所のウェブサイトによると、「読み」の技術であるシーケンシングの単価は、この15年間ほどで10万分の1まで下がり、世界中の研究者や個人がさまざまな生物のDNAやゲノムを調べることができるようになっていま す。一方の「書き」の技術に関しても、DNA合成のコストが大幅に低下してきています。また、いろいろな生物に適用できて成功率も高く、さらに技術として比較的簡単 な、画期的な「ゲノム編集」技術が登場して注目されています。
バイオテクノロジーの実験に必要な機材に関しても、小型で安価なものが次々と開発されていて（例えばポータブルなDNA分析装置「Bento Lab」や、ポータブルDNAシーケンサー「MinION」など）、同時にDIYでつくれるように機材の設計図がオープンソースで公開されているものも多くあります。
このような背景の中、これまでのように必ずしも大学や企業に所属しなくても、個人がアクセスできるバイオラボのコミュニティが世界各地に開設されています（2014年からiGEMに参加可能になったコミュニティラボはこれらを指します）。
こうした「バイオテクノロジーの民主化」の潮流は、「DIYバイオ」、「バックヤード・バイオロジー」、「ガレージ・バイオ」、「キッチン・バイオ」、「ストリート・バイオ」、「オープン・バイオ」、「コミュニティ・バイオ」、「パーソナル・バイオテクノロジー」、「バイオパンク」、「バイオハック」など、いろいろな呼び方がされています。実験環境やコミュニティからを自分たちでつくりながら取り組むバイオテクノロジーは、野生の研究者やアーティスト、デザイナーをはじめ、多様な個人の間に広がりつつあります。
日本国内では、2007年に岩崎秀雄さんが、生物システムや生命に関わる表現に興味のあるアーティストやデザイナーが実験・研究・制作を行うためのプラットフォーム「metaPhorest」（http://metaphorest.net/）を基礎生命科学の研究室内に設置しました。こ の「metaPhorest」に参加しているメンバーは、国内外でバイオアートの作品を発表して活躍しています。また、2010年には久保田晃弘さん（多摩美術大学美術学部教授）が、ポスト・ゲノム時代のバイオメディア・アートに関する調査研究を行い、バイオアートのポータルサイト「bioart.jp」（http://bioart.jp/）を中心となって立ち上げるなど、大学からこの流れを牽引してきました。その他、DIYバイオを紹介するメディアとしては、「バイオハッカー・ジャパン」（http://biohacker.jp/）が2013年から運営されています。DIYバイオのコミュニティとしては、例えば細胞培養技術の民主化に取り組む「Shojinmeat Project」が2014年に有志によって立ち上がり、活発に活動しています。
国内コミュニティラボの活動
2010年から日本にも実践的に紹介されてきた「ファブラボ（Fab Lab）」のコミュニティにおいても、合成生物学やバイオテクノロジーの取り組みが始まっています。ファブラボは、3Dプリンタやレーザーカッター、CNCミリングマシンなどのデジタルファブリケーション・ツールからハンドツールまでの機材を備えたオープンな市民工房で、国際的なネットワークです。個人が自分たちに必要なものを自分たちでつくる「パーソナル・ファブリケーション」のプロジェクトを推進しています。iGEMと同様にマサチューセッツ工科大学（MIT）から始まった活動ですが、草の根で世界中に広がり、現在では、100カ国1,000カ所以上の地域に根付いています。ファブラボでは、国や地域、あるいはメンバーごとに、その文化や課題に応じた多様なプロジェクトへの取り組みが実施されています。国内では、教育や医療福祉、農林水産分野における取り組みも行われ、バイオテクノロジーを扱えるようになることへの期待も高まってきています。
ファブラボはもともと、MITのニール・ガーシェンフェルド教授による「How To Make （Almost） Anything」というMITの学生対象の演習授業からはじまっていますが、2009年からはファブラボ対象に同様の学習プログラム「Fab Academy」が開講されています。グローバルなオンライン講義とローカルのファブラボでの課題制作を組み合わせた約半年間のコースで、3Dモデリングや機構設計などの造形から、回路設計やプログラミングなどの実装まで、ものをつくるために必要なさまざまな技法を毎週の課題で学ぶものです。最終課題としては、自分のアイデアを元に世の中にまだないプロトタイプの設計・製作に取り組み、プレゼンテーションをします。
この学習プログラムのフレームワークを踏襲、ハーバード大学の遺伝学者ジョージ・チャーチ教授によるディレクションで、合成生物学に関する学習プログラム「Bio Academy」（別名：How To Grow （Almost） Anything）（http://bio.academany.org）が2015年から開講されています。分子・細胞レベルから生態系まで、合成生物学のさまざまな分野で活躍している研究者や実務家から学び、デザインや実験の課題を通じて、バイオテクノロジーとデジタルファブリケーションのスキルや、バイオラボのつくり方を学ぶことができます。トピックとしては、ハードウェア（ファブラボの機材でのDIYバイオ実験機器のつくり方）、バイオデザイン、次世代DNA合成、バイオプロダクション、ミニマルセル、バイオ分子センサ、3Dバイオプリンティング、可視化技術（FISSEQとエクスパンション・マイクロスコピー）、マイクロバイオーム、組織工学、遺伝子ドライブ、ゲノム工学、DNAナノ構造などがあげられます。初回の講義では、本書の4章「生命倫理の基礎」にも関わっているメガン・パーマー博士が、iGEMの事例をあげながら、この学習プログラムを通じた重要事項としてのバイオセーフティや生命倫理に関する講義を行います。2015年の試験的な開講には世界中から約20のラボが参加、日本からは、山口情報芸術センター（YCAM）バイオ・リサーチ、ファブラボ鎌倉、ファブラボ浜松がこの学習プログラムを受講しました。
また、この「Bio Academy」のほかに、ファブラボ・アムステルダムを運営しているオランダのWaag Societyが2015年から開講している「BioHack Academy」（http://biohackacademy.github.io）があります。こちらは、バイオテクノロジーの基礎を学び、9種類のDIYバイオ実験装置をつくりながら、自分のプロジェクトに取り組んでプレゼンテーションする10週間のプログラムで、日本国内でもオープンなコミュニティのためのバイオラボ「BioClub」（http://bioclub.org）から参加できるようになっています。
これらの学習プログラムもひとつの後押しになり、国内におけるDIYバイオのコミュニティは育ってきています。2017年のMaker Faire Tokyoからは「DIYバイオ」コーナーも登場しています。
日本国内で、大学でも企業でもなく、公共のアートセンター内にバイオラボを開設した施設に、「山口情報芸術センター（YCAM：ワイカム）」（https://www.ycam.jp/）があります。公益財団法人山口市文化振興財団が運営するYCAMは、オープンソースの精神が色濃く、国内外のアーティストや文化施設、研究機関との共同制作により、メディアテクノロジーを用いた新しい表現を探求し、展覧会やワークショップなど多彩なイベントが開催されています。2013年頃からファブラボに備えているようなデジタルファブリケーション・ツールを徐々に導入し、2015年には館内にバイオラボを設置しました。
2015 年にはレクチャー・シリーズ「アグリ・バイオ・キッチン」を企画し、ワークショップを開催しました。その翌年からは、バイオテクノロジーの応用可能性を模索する事業「YCAMバイオ・リサーチ」の取り組みを始めています。2016年には「キッチンからはじめるバイオ」をテーマにした展示シリーズが展開され、野生酵母など発酵微生物の採集や培養、植物のDNAバーコーディング（生物種同定）、土壌微生物のメタゲノム解析、ゲノムの解読された食材だけでつくる「ゲノム弁当」企画、iPS細胞培養技術を用いた作品やDIYバイオ実験機材などの紹介が行われました。特に、植物のDNAバーコーディングに関しては、その後、一般参加者向けのバイオテクノロジーについて学ぶワークショップ「森のDNA図鑑」（http://dna-of-forests.ycam.jp）として開発され、毎年開催されています。
* * *
このように、日本でも合成生物学はますます盛んになっています。教育機関はもとより、市民がアクセス可能なコミュニティラボやインターネットを足場に活動をしている人たちがたくさんいます。
おそらく本書を手に取った読者は、大いに合成生物学に興味を持っていることでしょう。でも、実際の実験演習などは未経験かもしれません。また、どこかの組織に所属しているわけではないかもしれません。活動に触れる機会は、みなさんの身近にあるはずです。まずは、上記のような組織の情報を知ることから始めることをお勧めします。
最後に、本書の翻訳にあたっては、本書中の「Eau That Smell実験演習」「iTune Device実験演習」「What a Colorful World実験演習」の3つに取り組んだことも報告しておきます。実験は、2018年6月、西原由実さん、片野晃輔さん、ゲオアグ・トレメルさん、ファブラボ浜松の竹村真人さん、YCAMバイオ・リサーチのメンバーが山口情報芸術センターのバイオラボに集合して実施されました。
実験に際しては、日本は遺伝子組換え生物等の使用に関する国際的な規制の枠組み
「カルタヘナ議定書」の締約国であるため、「遺伝子組換え生物等の使用等の規制による生物の多様性の確保に関する法律」に基づき、バイオセーフティの措置をとる必要があります。米国からのキット輸入の手続きや実験の安全管理に関しては、事前に文部科学省ライフサイエンス課生命倫理・安全対策室の担当の方に問い合わせて確認しました。実験演習で気をつけるべきことについては、文中の注釈等に反映されています。
みなさんの興味や活動が、今後の合成生物学の理解や発展につながっていくことを願っています。本書がその発端になりますよう。この先は、実験室（ラボ）で会いましょう!
2018年10月 津田 和俊
●目次
はじめに
1章 合成生物学の基礎
合成生物学って何？
なぜ合成生物学なのか
これまでの合成生物学の流れ
工学とデザインの概論
「従来型」の工学的解決法
工学のツールキット
合成生物学のツールキット
分子生物学のツールキット
合成生物学のために拡張されたツールキット
まとめ
2章 バイオデザインの基礎
トップダウンのデザインアプローチとは
休暇の計画からバイオデザインへ
設計から実装へ
バイオデザインプロセスの概観
分野と課題の特定
課題に対する解決策のブレインストーミング
アプローチの決定
デバイス、パーツ、DNAを使ったシステムの特定
この先は？
3章 DNA工学の基礎
議論の枠組み
パーツと測定の標準化
標準化って何？
競合する標準
標準化はどのように確立されるか
DNA工学の実践
DNAアセンブリの基礎
DNAアセンブリの基礎の適用
この先は？
4章 生命倫理の基礎
「良い研究」とは何か
倫理的研究のための規制
科学的進歩による倫理的問題の提起
一般の反応
合成生物学の3つの事例研究
自分で育てる光る植物
ゲノムを「創る」
生合成の薬と公益の経済
生命倫理のグループ演習
生命倫理は意思決定プロセスを含む
利害関係者の演習
5章 BioBuilder実験演習入門
合成生物学のツールキットを使った生物工学
6章 Eau That Smell実験演習
iGEMプロジェクト「Eau d’coli」からの着想
課題の特定
解決策のブレインストーミング
システムレベルのデザイン
デバイスレベルのデザイン
システムレベルのデザインの変更
デバイスレベルのデザインの変更
パーツレベルのデザイン
デバイスとシステムレベルの最終的な編集
Eau That Smell 実験演習
デザインの選択
実験の疑問
始めるにあたって
実験演習のプロトコル
7章 iTune Device実験演習
モジュール性
分離
測定の原理
通常測定されるもの
合成生物学における測定と報告
iTune Device実験演習の基本概念
プロモーターとRBS
lacオペロン
iTune Device実験演習
デザインの選択
実験の疑問
始めるにあたって
実験演習のプロトコル
8章 Picture This実験演習
モデリング入門
コンピューターモデリング
物理モデリング
iGEMプロジェクト「Coliroid」からの着想
デバイスレベルのデザイン
パーツレベルのデザイン
Picture This実験演習
デザインの選択
細菌写真
Tink erCellモデリング
電子回路のモデリング
9章 What a Colorful World実験演習
シャーシ入門
実用性をどのようにデザインするか
安全性をどのようにデザインするか
iGEMプロジェクト「E.chromi」の背景
デバイスについて
パーツとデバイス
What a Colorful World実験演習
デザインの選択
実験の疑問
始めるにあたって
実験演習のプロトコル
10章 Golden Bread実験演習
信頼性のデザイン
定期的なメンテナンス
冗長性
堅牢なシステムの構築
iGEMプロジェクト「VitaYeast」の背景
モチベーション
パーツレベルとデバイスレベルのデザイン
Golden Bread実験演習
デザインの選択
実験の疑問
始めるにあたって
実験演習のプロトコル
Vit aYeastを形質転換する
付録 ラボの試薬と材料
用語集
索引
監訳者あとがき
