アメリカのワシントン大学（UW）で行われた研究により、細胞の経験した複数の記憶を同時にDNAに刻み込む技術が開発されました。
この技術を使って収集された情報は細胞分裂後も維持され、次世代の娘細胞にも継承されます。
さらに研究では細胞に刻まれた情報を時系列に従って正確に読み取ることにも成功しました。
研究者たちは「いつの日か細胞の全歴史を記録できるようになるだろう」と述べています。
研究内容の詳細は2024年7月17日に『Nature』にて発表されました。
目次
- 細胞の記憶をDNAに書き込む
- ENGRAMの仕組みをわかりやすく解説
細胞の記憶をDNAに書き込む
人気のSF作品「アサシンクリード」シリーズでは、アサシンだった先祖の記憶がDNAに刻まれ、子孫である主人公に継承される、という設定が使用されています。
主人公はDNAの読み取り機を通じて先祖の記憶を獲得することで、最終的に先祖のアサシンの能力を身に着け、現代世界に張り巡らされた巨大な陰謀に挑むことになります。
このような「記憶をDNAに刻む」や「記憶を遺伝させる」という設定は、他の多くのSF作品にも取り入れられていますが、現実の科学ではありえないと考えられていました。
こうした設定を聞いたとき、確かにDNAは情報を継承する仕組みではあるけれど、「経験のような記憶もDNAには保存されるのか？」と疑問に思った人は多いでしょう。
近年のマウス研究などでは親世代の精神状態や発育状態が、次世代に遺伝することが徐々に明らかになってきましたが、それらの情報はDNA本体ではなく、DNAに付着する化学物質（メチル基）の位置が原因であることが示されています。
つまり現実世界では、ゲームの設定のように生物の細胞に経験した記憶をDNAに刻む仕組みは存在していません。DNAの中に先祖の経験した記憶が眠っているということもないのです。
ところがワシントン大学で行われた新たな研究は、飛行機のフライトレコーダーのように細胞の記憶をDNAに書き込み保存する画期的な技術「ENGRAM（エングラム）レコーダーシステム」を開発したのです。
この名前は「Enhancer-driven genomic recording of transcriptional activity in multiplex（多重化された転写活性のエンハンサー駆動ゲノム記録）」の頭文字をとったものですが、研究者たちは名付ける際に、古くから記憶痕跡の意味で使われる「ENGRAM（エングラム）」をヒントにしたと述べています。
人間の細胞にはSF作品のように記憶をDNAに刻む仕組みはありませんが、新たな研究は遺伝子操作でそれを後付けで追加し、細胞が記憶をDNAに「書き込める」ようにしたのです。
そのためアサシンクリードを彷彿とされる技術ではありますが、これはDNAから記憶を読み取る技術ではなく、DNAに記憶を書き込む技術の話になります。
しかしいずれにせよ、DNAと記憶に関するすごい技術の話であることに違いはありません。
研究ではこの技術を使用して、幹細胞が疑似な胚（ガストロイド）に変化する際に細胞内でどんな遺伝子が活性化したか、またはどんなシグナルが伝達されたかを後から読み取ることに成功しています。
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他にも研究者たちはストレスに対する細胞反応、感染に対する免疫反応、および細胞の生存を助けるシグナルも追跡することに成功しました。
これまでにも細胞で起きた反応をDNAを介して記録する技術はありましたが、既存のものは記録できる反応が1個だけだったり、また複数記録できたとしても時系列情報がないなどの問題がありました。
たとえるならば前者はさまざまな歴史イベントのうち王の即位しか記録してくれない歴史家で、後者は複数のイベントの時系列をバラバラに記録してしまう歴史家と言えるでしょう。
しかしENGRAMは各シグナルを現わすために5～6塩基対のみを使用し、理論的には1024～4096種類の異なる生物学的反応を同じ細胞内に時系列に沿って記録されます。
再び歴史家の例えを使うならば「ENGRAM」は複数のイベントを時系列順に書き込みできる歴史家となります。
加えてENGRAMによってDNA内に刻まれた情報は非常に安定しており、細胞分裂後の娘細胞にも受け継がれます。
そのためDNAに刻まれた情報は、後の世代の時点でも読み取ることが可能となっています。
（※SF作品であるアサシンクリードのように、先祖の記憶を追体験するには、読み取ったシグナルをもとに仮想世界を構築する技術が必要になるでしょう。現状のENGRAMではシグナルを時系列順に読み解くしかできませんが、このSF的な設定の基礎となり得ます）
またこれまで細胞から情報を引き出すにはその場で細胞を破壊してRNAやタンパク質を取り出したり、組織をスライスして細胞が生きているうちに画像化する必要がありました。
特に時系列に従った情報を得るには、複数のサンプルや切片を用意して一定時間おきに調べなければなりません。
しかしENGRAMでは生物学的活動が起きた時点で情報がDNAに刻まれるため、サンプルの調査は最後の1度で済みます。
研究者たちはENGRAMの仕組みを使うことで、薬に対するがん細胞や神経細胞の反応を調べるだけでなく、未知の生物学的反応を補足できると述べています。
たとえば調べたい反応を事前に設定することで、さまざまなシグナル（WNT、NF-κB、Tet-On 活性など）の時間依存および濃度依存の記録も作ることができます。
そのためこれらの記録と既知の情報を見比べることで、それぞれの信号が未知の生物学的現象に関わっているかを知ることができます。
CRISPR ゲノム編集が遺伝子操作に革命をもたらしたの同様に、ENGRAMは細胞の機能解明において革命となるでしょう。
もしかしたら数年後にはノーベル賞を受賞しているかもしれません。
次ページではいよいよENGRAMの仕組みについて解説していきます。
