人間の体の設計図は、DNAとして体の細胞に組み込まれている。ならばそれと同様に、モノの設計図などの情報をDNAに変換し、そのモノ自体に組み込めるのではないか？ モノをインターネット接続ではなく、DNAによってスマートにしようという「モノのDNA（DNA of Things）」の研究が実用化に向けて動きだしている。
TEXT BY MEGAN MOLTENI
TRANSLATION BY MADOKA SUGIYAMA
ILLUSTRATION BY CASEY CHIN
ヤニフ・エルリッヒはこの9カ月間、プラスティック製の小さな白いウサギをどこへ行くときも持ち歩いている。イスラエルの個人向け遺伝子解析企業のMyHeritageで仕事をするときも、カンファレンスに出席するときも、空港にいるときも、海外に行くときもだ。
キンカンの実くらいの大きさのこのウサギは、おもちゃでもなければ、お守りでもない。ところが、このウサギの足を切ってみると、不思議なことが起こるだろう。DNAシーケンサーと3Dプリンターがあれば、ウサギから切り取ったパーツから、うりふたつのウサギを何羽もつくれるのだ。
IoTならぬ「DNA of Things」
ここでちょっと説明させてほしい。DNAは自然界の情報記憶媒体である。複数の特定の分子からなる配列を構成要素とするDNAによって、例えばバナナなどがつくられる。だが、DNAが異なる順序で配列されると、今度は720種類の性別がある粘菌などにもなる。
しかし、この配列はただのコードにすぎない。それはつまり、これにほかのものを“保存”することも可能であるということだ。
エルリッヒをはじめとする科学者たちは、しばらく前からDNAにデータを保存する研究を続けてきた。多くの企業も、DNAデータストレージの開発を進めている。とはいえ、DNAの特徴を活用できている者はまだいない。非常に小さく、情報密度が高いという特徴をもつDNAは、日用品の構造に埋め込むことも可能なのだ。
エルリッヒいわく、DNAを日用品に埋め込められるようになると、「モノのDNA（DNA of Things）」を開発できるようになるという。つまり、「モノのインターネット（IoT）」のように、電波を介した情報交換によってモノをスマートにするのではなく、モノの成分に情報を注入することによってモノをスマートにする、ということだ。
ここで、エルリッヒのウサギが登場する。
このウサギのフィギュアは、エルリッヒと共同で「モノのDNA」を研究しているチューリッヒ工科大学のロバート・グラスの研究室で3Dプリントされたものだ。フィギュアの材料である高分子マトリックスには、膨大な数の微小なガラスビーズが埋め込まれており、その一つひとつに数十の合成DNA分子が入っている。
DNAにエンコードされているのは、ウサギそのもののデジタル設計図だ。ウサギの4本の脚とふたつの耳と尻尾をつくるため、3Dプリンターのノズルに対して、どの位置まで移動して、いつ樹脂を押し出すかを、この設計図が指示する。ウサギには、その輪郭を示すデータファイルのコピーが、合計3億7,000万も含まれているという。
PHOTOGRAPH BY ETH ZURICH
ウサギは究極の「内輪ネタ」
ウサギの設計図の起源は、1993年の春までさかのぼる。
スタンフォード大学のグラフィックス研究室に在籍していたあるポスドク（博士研究員）が、あるとき陶器製のウサギを抱えて買い物から帰ってきた。彼は、研究室のレーザースキャナーと初歩的な画像スティッチングソフトウェアを使って、この陶器製フィギュアのコンピューターグラフィックス（CG）用のモデルを制作した。のちに「スタンフォードバニー」として知られるようになるこのモデルは、3次元物体の最初のデジタル表現のひとつだった。
スタンフォードバニーは、CGデザイナーのための練習台となった。デザイナーたちは、テクスチャーの重ね方や、ウサギの体の曲線に毛皮をレンダリングする方法をこのモデルで学び、このウサギを破壊したり、分解したり、溶解したりすることでアニメーション制作の技能を向上させたのだ。
スタンフォードバニーは非常に象徴的な存在となり、今日に至るまで3Dプリンターの使用法を学ぶ者のほとんどは、最初にこのウサギのプラスティック版を作製する。
そんなわけである意味、エルリッヒのウサギは究極の内輪ネタでもある。「それにほら、帽子からウサギを出して見せることもできますし」とエルリッヒは言う。
いかにしてDNAをモノに注入するか
コンピューターサイエンティス兼ホワイトハット・ハッカーであるエルリッヒは、2000年代半ばに携帯電話を使ってイスラエルの大手銀行のシステムに侵入して有名になった。
その数年後、彼はインターネット接続だけを頼りに、匿名の遺伝子データベースに載っている人々の身元を特定した。さらに2018年、エルリッヒはこうしたデータベースが膨大になったことによって、DNAテストを受けていない人々も含めて、全米の住民の過半数の身元を特定できることを明らかにした。
エルリッヒはグラフィックデザイナーである義理の兄弟とともに、DNAをモノに注入するというアイデアを最初に考え出した。ふたりは写真（写真立てやアルバムに収められるような物理的に存在する写真）を長く残す方法について話し合っていた。
相談を重ねるうち、エルリッヒはこう考えるようになる。JPEGファイルをDNAに変換し、そのDNAを写真に吹きかければ、写真にデジタルな再現可能性を与えられるのではないか。
ただし、DNAは壊れやすい分子だ。高温、pHの激変、紫外線はいずれもDNAを劣化させる。だからこそDNA化学構造の保存が、すべてのDNAデータストレージの夢をかなえる鍵となるのだ。
エルリッヒは、DNA分子を小さなガラスビーズに封じ込める方法を開発したチューリッヒ工科大学のグラスにメールを出した。グラスは2013年に、正の電荷をもつシリカビーズをつくり、それを負の電荷をもつDNAにくっつける方法を編み出していたのだ。
エルリッヒとグラスは、まずDNA分子を数々の脅威から守れる薄いフィルムをつくった。さらにこの技術を使い、ふたりは人間の体内に細胞がある状態と同様に、その内部にそれ自体のDNAメモリーがあるモノをつくるためのプロセスを設計した。
そのプロセスはこうだ。まずモノのデジタル設計図を遺伝子配列に変換し、それに対応するDNA分子をつくる。そして、このDNA分子を封じ込めたシリカビーズを、熱可塑性プラスティックに埋め込む。さらにそのプラスティックを繊維にして3Dプリンターに充填し、モノを印刷する。簡単だ！
このウサギの作製に関するエルリッヒとグラスの論文は、19年12月に『Nature Biotechnology』誌に掲載された。
QRコードやURLではダメな理由
ある人間から細胞をいくらか採取すれば、理論上はその人のクローンを複製できる。それと同様に、エルリッヒのウサギから断片を切り取れば、その断片を使ってクローンのウサギを作製できる。
事実、エルリッヒが携帯しているウサギは第3世代のクローンだ。グラスのチームが3Dプリントに使用したデータファイルは、彼らがつくった最初のウサギの耳の断片を使って複製したウサギの耳の断片からとったものである。
グラスのチームは、ウサギの耳の断片からプラスティックとシリカビーズを取り出したのち、そこに保存されているDNAを変換してデジタルファイルに戻し、そのファイルを3Dプリンターにアップロードした。
このようにして、科学者たちはウサギを第5世代まで、作製途中で情報を失うことなく複製できたという。どのウサギも、ウサギのDNAを記録したどのデジタルファイルも、数カ月経過しても同一の状態を保っていた。
「モノのDNAは、DNAデータストレージのなかでもかなり将来性のある新規分野『ユビキタスストレージ』を開拓するものです」と、カリフォルニア大学ロサンジェルス校（UCLA）の生化学者スリラム・コスリは話す。コスリは今回の研究には関わっていない。
日常のあらゆるモノにデータを保存するユビキタスストレージを用いれば、あらゆる日用品を有益な情報と関連づけることが可能になる。例えば、そのモノの生産地、原料、成分、取扱説明書、安全警告、最適な再利用方法や処分方法といった情報だ。「今回の研究が素晴らしいのは、それが今日にでも実行可能で、かなり信頼できるらしいことを研究チームが示している点です」とコスリは述べる。
確かにこの技術は実行可能だ。しかし、実用的だろうか？ そうでもないだろう。DNAシーケンサーやDNAシンセサイザーがいまよりも安価で身近なものにならない限り、この技術は実用的とは言えないのだ。
それでもエルリッヒはひるまない。彼は以前から、有害な病原菌の有無を試験する蛇口や使用者の腸管内菌叢の健康状態をレポートする便器など、DNAの活用を意識した住宅を実現するユビキタスなDNAシーケンシングのアイデアを提唱してきた。DNAによって、よりスマートになった家電があってもいいではないか？
「原料に直接情報を埋め込むことは、実に有益な方法です」と、マイクロソフトの上席研究員カリン・ストラウスは語る。ストラウスは分子情報システムの研究を率いており、米国防総省高等研究計画局（DARPA）と共同で、DNAを使った画像検索エンジンを構築しようとしている。
QRコードは摩耗しかねない。ユーザーマニュアルは紛失してしまう。URLは変更される。その点、DNAを用いてモノに物理的に組み込んだ情報は、はるかに耐久性があるだろう。
機密情報を隠す手段としても有効
とはいえ、この技術はより長期的な試験が必要だ。また、高熱や強烈な放射といったさまざまな環境条件のもとで、埋め込んだ情報がどれほど良好な状態でもちこたえられるかも観察しなくてはならない。ほかの原料や製造プロセスを試す必要もあるだろう。
エルリッヒのチームは前述の論文で、追加実験を実施したことも報告している。眼鏡のプレキシガラスに1.4MBの動画を埋め込んだのだ。この実験では、ウサギのケースよりも大きな容量のデータを保存できることだけでなく、この技術が情報の秘匿に使える可能性も示唆された。
モノのDNAの設計によって、機密を扱うファイルを当たり障りのないモノに隠すことができる。日用品に収納した秘密の情報を検知されず、セキュリティを通過できる記憶装置に変えられるのだ。
「外見上はありふれたモノのように見えるので、情報を隠すには非常に効果的な方法です」と、エルリッヒは説明する（彼はこれまで空港のセキュリティや税関で、係官からウサギに関して警告を受けたことはない）。
化学エンジニアであるグラスは、製造元である企業そのものよりも長もちするほど長寿命なモノに情報を埋め込むことが、モノのDNAが最も早く実現する方法だと考えている。彼は、この技術を商用化できる新たな企業の立ち上げについてじっくり考えているところだ。
グラスが共同創業者となって2016年に立ち上げたスタートアップHaelixaは、シリカビーズに埋め込んだDNAバーコードをすでに販売している。このバーコードは、複雑なサプライチェーンを通して製品を追跡するために役立っている。
一方、今回の研究をMyHeritageから金銭その他の援助を受けずに進めたエルリッヒは、モノのDNAの将来性を示すための道具として、自分のウサギを引き続き携帯するつもりだ。
「ウサギの繁殖のように多産（reproducing like rabbits）」という英語のフレーズは、エルリッヒがつくる未来では根本的に違う意味をもつようになるのかもしれない。
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March 02, 2020 at 06:00AM
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