AIで一から設計した「分子のはさみ」、狙ったタンパク質を切断 Natureに2本

米ワシントン大学タンパク質設計研究所(IPD)などの研究チームが、AIで一から設計した酵素で、狙った場所のタンパク質を切ったと報告した。論文2本が2026年10月14日、学術誌Natureに載った。どちらも、2024年のノーベル化学賞を受けたデビッド・ベイカー教授が責任著者に入る。

何が発表されたのか

2本とも、タンパク質をつなぐ結合を切る「プロテアーゼ」という酵素を設計したものだ。この結合は中性の水の中では何百年も壊れないほど丈夫で、論文は一から設計するのが大きな難題だったとしている。研究チームは天然の酵素を改造せず、配列と形をAIで新しく作った。

1本は、亜鉛と水の分子で切る「金属プロテアーゼ」だ。試した135個の設計のうち36%が、狙った場所でペプチドを切った。最も良い設計は、酵素がないときに比べて反応を1億倍以上に速め、アミノ酸を4か所入れ替えると100億倍以上になった。

もう1本は「システインプロテアーゼ」で、69個のうち13個(19%)が働いた。速さは背景の反応の最大3000万倍。形は自然界のプロテアーゼと大きく違うが、X線で調べた6個の結晶構造は設計図とほぼ一致した。この設計は哺乳類の細胞の中でも、狙った相手を効率よく切ったという。

病気に関わるタンパク質も切った

金属プロテアーゼの論文では、病気に関わるヒトのタンパク質を選んで切る酵素も設計した。選んだのはTDP-43、アミロイドβ、血清アミロイドAの3つで、加速は最大10億倍だった(TDP-43の関連記事: ALSの異常なタンパク質を細胞が取り除く仕組み)。覆いをかけたサイトカイン(細胞に指示を伝える物質)を、設計したプロテアーゼだけが外して働かせる仕組みも作った。論文は治療・バイオテクノロジー・環境の浄化への応用を挙げる。

かんたんに言うと

酵素は、原子の並びが少しずれるだけで働かなくなる。IPDは、ナノメートルの何分の1かずれると反応が失敗すると説明する。今回は反応の中心になる「活性部位」を先に決め、それを包む形をAIに作らせた。骨格をRFdiffusion系の手法で作り、ProteinMPNNで配列を決め、AlphaFold 3で見込みの薄い候補を落とす流れを繰り返す。刃の向きを先に決め、持ち手はAIに任せるやり方だ(関連記事: Google DeepMind、AIで抗菌ペプチド候補を探索)。

まだ試験管と細胞の中の話

結果は、精製したタンパク質や培養した細胞での実験だ。動物や人で試した結果は論文に示されていない。システインプロテアーゼは、最も活性の高い天然の酵素にはまだ届かない。研究チームは活性部位の配置と基質の位置づけの甘さが原因とみる。金属プロテアーゼの手法には特許が出願されている。

日本ではどうなるのか

両論文の所属一覧に、日本の研究機関はない。ワシントン大学のほか、ETH Zurich、オックスフォード大学、NVIDIA、欧州と中国の大学・研究機関が加わった。日本での応用や提供についての発表はない。設計に使ったコードと実験データは、GitHubとZenodoで公開されている。

まとめ

AIによるタンパク質の設計は、結合する分子から反応を起こす酵素へと広がってきた。今回は難しいとされてきた切断で、設計がそのまま働いた例だ。動物や人での結果はまだなく、薬や環境の技術に使えるかは、これからの研究しだいだ。