エミリー・バルスカス

エミリー・P・バルスカスは、1980年にオハイオ州シンシナティで生まれたアメリカの化学生物学者、酵素学者、微生物学者、生化学者です。2011年よりハーバード大学化学・化学生物学部の教授を務め、現在はモリス・カーン教授を務めています。これまでに査読付き論文を80本以上、書籍の章を3つ出版しています。2012年以降、170回以上の講演に招かれ、さまざまな編集委員会で役職を務め、ACSやNatureなどの雑誌の査読者を務めています。バルスカスは現在、ノバルティス、キンタイ・セラピューティクス、メルク・アンド・カンパニーのコンサルタントも務めています。

バルスクスは、小学校のころから科学の分野でのキャリアに興味を持っており、科学フェアで物質の希釈と保存に関する実験を行っていた。^[1]その後、高校で化学に触れ、「実験室で分子を操作する面白さに魅了された」。科学者としてのキャリアの中で、このことが、生体内で分子がどのように作られるかという興味へと発展した。若手科学者のためのブラバトニック賞のインタビューで、バルスクスは、科学の先生が全員女性だったことが、科学の道に進むきっかけになったと振り返っている。^[2]

バルスクス氏は2002年にウィリアムズ大学で化学の学士号を首席で取得し、^{[3] [4]}そこでトーマス・E・スミス教授の研究室で(-)-ヘノキサゾールAの合成に関する初の論文を発表しました。^{[5]その後、}チャーチル奨学生としてケンブリッジ大学に進学し、スティーブン・V・レイ研究室で化学の修士号を取得しました。^{[3] [4]} バルスクス氏は2008年にハーバード大学で有機化学者のエリック・ヤコブセン氏のもとで博士号を取得しました。 そこで彼女は、不斉触媒を使用して大きな環状分子間の化学結合形成を制御し、好ましい立体異性体を形成するという斬新なアイデアを提案しました。^[6]その後、彼女は有機化学から化学生物学に転向し、2008年から2011年までハーバード大学医学部で天然物研究者のクリストファー・ウォルシュとともにポスドク研究員を務めた。2人は有害な紫外線から微生物を守る「微生物日焼け止め」であるシトネミンの生合成に協力した。 ^{[4] 2009年に彼女は}ウッズホール海洋生物学研究所の微生物多様性夏期講座のメンバーとなり、微生物生態学と環境微生物学の研修を受けた。^[7]

バルスクス研究室の研究は、ヒトマイクロバイオームを中心に行われています。ヒトマイクロバイオームとは、私たちの体内や体表に生息する数兆個の共生微生物、共生微生物、病原微生物を指します。これらの微生物には、細菌、原生動物、ウイルスが含まれます。ヒトマイクロバイオームには遺伝子が豊富に存在するため（ヒトゲノムの200倍）、多くの酵素やそのメカニズムは特徴づけられていません。^[8]そのため、バルスクスの目的の2つは、これらの微生物酵素が化学反応を起こすメカニズムを解明し、主要な代謝活動を担う特定の微生物、遺伝子、酵素を特定することです。3つ目の目的は、微生物化学をその場で制御、操作、研究するための生体適合性のある方法を開発することです。^[9]

バルスクス研究室では、ヒトマイクロバイオームの膨大な遺伝子を研究するためにバイオインフォマティクスを多用しています。バイオインフォマティクスとは、「大量の生物学的情報を保存、検索、分析する科学」です。 ^[10]バルスクス研究室で利用されているバイオインフォマティクス分析の例としては、系統発生学、配列アラインメント、相同性モデリング、DNA注釈などがあります。バルスクス研究室の重要な成果は、コリンからトリメチルアミンへの既知の変換を担う酵素、コリントリメチルアミンリアーゼの解明でした。彼らは、コリンのCN結合の切断に必要な遺伝子クラスターを特定し、それがグリシルラジカル酵素（GRE）をコードするという仮説を立てました。これは、これまでこの種の化学反応を行うことが報告されていなかった酵素のクラスです。遺伝子クラスターと、これまでに機能的に特徴付けられたグリシルラジカル酵素の配列アラインメント、および疑わしい酵素の相同性モデルから、活性部位に保存された主要なグリシンおよびシステイン残基の存在が明らかになり、酵素がGREファミリー酵素のメンバーであるという仮説を裏付けています。コリン代謝は魚悪臭症候群、非アルコール性脂肪性肝疾患、動脈硬化症、および心血管疾患との関連が考えられるため、この研究は重要です。^[11]

もう 1 つの重要な出版物である「ヒト腸内微生物叢における主要なグリシルラジカル酵素がトランス-4-ヒドロキシ-L-プロリンを代謝する」^[12]では、バルスクス氏とそのチームが利用している重要な研究アプローチ、すなわち化学的に誘導された機能プロファイリングについて概説しています。まず、対象となる酵素ファミリー (この場合は GRE ファミリー) を特定し、すべてのメンバーのアミノ酸配列を比較します。酵素ファミリーの既に特徴付けられているメンバーの構造と機能、および関与するアミノ酸残基に関する知識を使用して、配列類似性ネットワーク (SSN) を構築し、生物学的機能を共有するクラスター内の酵素の配列をグループ化します。SSN は、酵素ファミリーのアミノ酸配列を入力として使用する定量的メタゲノム解析ツールである Short-BRED によって生成されたデータを解釈するために使用されます。Short-BRED は、類似メンバーの各グループの固有の配列マーカーを識別し、ヒト微生物叢におけるそれらの存在量を順番に決定します。このツールは、特徴付けられていないメンバーを特定し、その存在量に基づいて研究の優先順位を付けるために使用されます。

生体適合性化学は、バルスクス研究室のもう一つの重要な戦略です。これらの変換は、「生物の代謝と相互作用して生物学的機能を変化させる非酵素化学反応」と定義されています。^[13]彼らは、それぞれ鉄(III)フタロシアニンとパラジウムという非酵素触媒を使用して、微生物の反応性を変化させる生体適合性のシクロプロパン化反応と水素化反応を開発することができました。 ^{[14] [15]}バルスクスが使用するこのアプローチの別の用途は、遷移金属触媒反応を使用して栄養要求性微生物の活動を回復することです。このアプローチは、非ネイティブな経路で微生物の成長と生存に必要な必須栄養素を生成します。^{[13]彼らは、ルテニウム触媒を使用して、}葉酸の前駆体であるp-アミノ安息香酸( PABA )を生成する能力を欠く栄養要求株を回復することができました。^[16]前述のアプローチの成功は、微生物の増殖と活性を制御し、様々な化学物質の製造に利用できることを示唆している。^[13]

バルスクス研究室の最近の成果（2019年）は、遺伝毒性物質コリバクチンがDNAにダメージを与えるメカニズムを解明したことだ。彼らは、シクロプロパンの「弾頭」がアルキル化反応によってDNA鎖を切断することを発見した。^{[17]バルスクス研究室が調査した他の研究分野は、微生物による薬物代謝である。}ザ・サイエンティスト誌のインタビューで、バルスクスは、ジゴキシン^[6]や人間の代謝の副産物などの多くの薬物が腸内細菌によって分解され、これらの分子の効果が予想よりも低下する可能性があると指摘した。全体として、バルスクス研究室の研究は、ヒトのマイクロバイオームを調査し、それが私たちの健康にどのように影響するかを理解するために必要な基礎戦略を提示している。彼らは、ヒト宿主ではなく、そのマイクロバイオームに作用する治療戦略の開発に影響を与えることを望んでいる。^[18]

バルスクス氏は、腸内細菌叢の化学的および生物学的考察に関する2019年のキーストーンシンポジウム^[19]の共同主催者でした。この会議の主な目的は、異種生物学、生態学、種間コミュニケーション^[20]などの「他の分野を取り入れて」マイクロバイオーム研究の分野を改善することでした。