ジェームズ・J・コリンズ

コリンズは博士号取得後、1990年にボストン大学（BU）の教員に加わった。^{[ 2 ]}初期の研究テーマの一つは運動学であり、振動インソールなど、運動、神経機能、心臓機能を改善するための一連の装置を開発した。^{[ 2 ]}彼はボストン大学工学部の生物医学工学教授に任命され、1997年にバイオダイナミクスセンターを共同設立し、その所長を務めた。^{[ 14 ]}また、同大学の「生物医学工学年間最優秀教員」や大学の「年間最優秀教授」に選ばれるなど、教育面で数々の表彰を受けた。^{[ 15 ]}彼は2000年に大学の最高の教育栄誉であるメトカーフカップと教育優秀賞を受賞した。^{[ 15 ] [ 16 ]}ボストン大学在籍中、彼は1998年から2010年までハーバード大学医学部でも教鞭をとっていた^{。[ 14 ]}

1999年、コリンズは生物医学工学の学生ティモシー・ガードナーと共に、ゲノムを操作して特定の機能を実行させる最初の試みの1つを実行した。彼らは大腸菌の遺伝子を編集して、特定のタンパク質を生成または生成を停止させた。遺伝子のオン/オフ、つまり「トグルスイッチ」の発見は、合成生物学の分野で画期的とみなされている論文としてNatureに掲載された。 ^{[ 17 ]} 2003年10月、彼は「立っているときや歩いているときの運動制御などの複雑な生物学的現象の根底にある抽象的な原理を特定した」功績により、マッカーサー・フェローシップを授与された最初の生物工学者となった。[ 18 ^{] [ 19 ] [ 20 ]同年、}彼はボストン大学の応用生物力学研究所の所長を務めた。^{[ 20 ]} 2008年、彼はハワード・ヒューズ医学研究所の主任研究員に任命された。これはボストン大学からの最初の任命であり、単一細胞における遺伝子発現と抗生物質耐性の研究に取り組んだ。 ^{[ 21 ]} 2009年5月18日、ジョージ・アナスとともに、ボストン大学の初代ウィリアム・F・ウォーレン特別教授2名のうちの1人に任命された。^{[ 15 ]} 2010年、バラク・オバマ大統領により、生命倫理問題研究のための大統領委員会に任命された。^{[ 22 ]}

2011年までに、コリンズはボストン大学でウィリアム・F・ウォーレン特別教授、大学教授、生物医学工学教授、医学教授、バイオダイナミクスセンター共同所長の5つの役職に就いていた。^{[ 23 ]}同年、彼はボストン大学の教授として3人目となる全米工学アカデミー会員に選出された。その頃には、彼の研究は合成遺伝子ネットワークの発明と、生物学的機能を改善する技術や、脳機能不全やパーキンソン病などの他の疾患を治療するための装置の開発に焦点を当てていた。^{[ 24 ]}

2014 年 12 月、コリンズはマサチューセッツ工科大学(MIT) に移籍し、そこで医用工学および科学のターミアー教授に任命され、さらに医用工学および科学研究所の教授にも任命されました。^{[ 2 ]}それ以来、彼は MIT の生物工学科の共同教授であり、MIT の生物物理学プログラム、合成生物学センター、微生物学大学院プログラム、計算およびシステム生物学イニシアチブ、およびマイクロバイオーム情報学および治療センターの教員を務めています。^{[ 14 ]}また、 2023 年以来、オックスフォード大学の工学科学の客員教授も務めています。 ^{[ 14 ]}

2016年、コリンズはアレン研究所からアレン特別研究員に任命され、薬剤耐性菌の抗菌剤耐性に対する合成生物学の応用可能性を研究した。^{[ 25 ] [ 26 ]} 2018年10月3日、MIT工学部の学部長であるアナンタ・チャンドラカサンにより、レジーナ・バルジレイと共にMITアブドゥル・ラティフ・ジャミール健康機械学習クリニックの教員リーダーに任命された。^{[ 27 ] [ 28 ]} MITジャミールクリニックに加えて、彼はMITで抗生物質AIプロジェクトを率いており、これは深層学習を使用して新しい抗生物質を発見する研究イニシアチブである。^{[ 29 ]} 2024年、彼はコッホ統合がん研究所のメンバーになった。^{[ 14 ]}彼は現在、科学誌Science、Cell、および米国科学アカデミー紀要の編集委員を務めている。^{[ 14 ]}

コリンズは数多くのスタートアップ企業に関わっており、彼の発明や技術は25社以上のバイオテクノロジー企業や医療機器企業にライセンス供与されている。^{[ 30 ] [ 31 ]}彼はバイオメディカル企業であるSenti Biosciences、Sherlock Biosciences、Cellarityの共同創業者である。^{[ 14 ]}

コリンズは2008年からハーバード大学医学部のシステム生物学の客員教授を務めている。^{[ 14 ]}同年、彼はワイス生物工学研究所の創設コア教員メンバーとなり、現在はそこで生体細胞デバイスのリーダーを務めている。^{[ 30 ]}また、 2014年からはハーバード大学とMITのブロード研究所のメンバーおよび上級研究員^{[ 32 ]} 、ハーバード大学とMITの健康科学技術プログラムの教授も務めている。 ^{[ 14 ]}

コリンズの合成遺伝子回路に関する研究は、合成生物学の分野を切り開いた。^{[ 33 ]}彼は（マイケル・エロウィッツとスタニスラス・ライブラー と共に）核酸とタンパク質の生物物理学的特性を利用して生物学的回路を作成し、それを使って生細胞を再配線および再プログラムできることを初めて示した。

Natureに掲載された論文^{[ 34 ]}で、コリンズは大腸菌で遺伝子トグルスイッチ（合成の双安定遺伝子制御ネットワーク）を設計・構築した。このトグルスイッチは、生物物理学、生物医学、バイオテクノロジーに幅広い影響を与える合成のアドレス指定可能な細胞メモリユニットを形成する。同じ Nature の号で、エロウィッツとライブラーは、大腸菌で合成遺伝子発振器（リプレシレーターと呼ばれる）を構築できることを示した^{[ 35 ]}コリンズの遺伝子トグルスイッチに関する Nature の論文^{[ 34 ]}とエロウィッツとライブラーのリプレシレーターに関する Nature の論文^{[ 35 ]}は、合成生物学の分野を始めた画期的な論文と考えられている^{[ 33 ] 。}

この研究に基づいて、コリンズは、合成遺伝子ネットワークを制御モジュールとして使用し、微生物の遺伝子回路とインターフェースして、さまざまな用途向けのプログラム可能な細胞を作成できることを示しました。^{[ 36 ]}例えば、コレラやクロストリジウム・ディフィシルなどの感染症を検出、治療、予防するための生体診断および生体治療薬として機能する合成プロバイオティクス。^{[ 37 ] [ 38 ]}また、彼は、感知と制御のための人工リボレギュレーター（RNAスイッチ）^{[ 39 ] [ 40 ] [ 41 ] [ 42 ] [ 43 ] [ 44 ]}、バイオ封じ込めのための微生物キルスイッチと遺伝子カウンター^{[ 45 ] [ 46 ] [ 47 ]}、耐性菌感染症と戦うための合成バクテリオファージ^{[ 48 ] [ 49 ]} 、代謝工学のための遺伝子スイッチボード^{[ 50 ]}、遺伝子および細胞治療のための調整可能な遺伝子スイッチを設計および構築しました^{。[ 51 ] [ 52 ] [ 53 ]}最近、コリンズは凍結乾燥された無細胞合成遺伝子回路を開発しました。これは、新興病原体（ジカウイルス、エボラウイルス、SARS-CoV-2、抗生物質耐性菌など）に対する安価な紙ベースの診断検査、^{[ 54 ] [ 55 ] [ 56 ] [ 57 ]}ウェアラブルバイオセンサー、^{[ 58 ]}および開発途上国での携帯型生体分子製造（ワクチン抗原の製造など）の基盤となる革新的なプラットフォームです。^{[ 59 ]}

合成生物学と再生医療の分野で、コリンズはデリック・ロッシとジョージ・Q・デイリーと共同で、生物医学応用のための合成mRNA技術を用いた研究を行った。このチームは、合成mRNAが非常に効率的な幹細胞の再プログラミングと再分化に利用できることを示した。この研究は2010年にCell Stem Cell誌に掲載され^{[ 60 ]} 、ロッシはこの合成生物学技術プラットフォームを用いてModernaを設立した^{[ 61 ]}。

コリンズはまた、遺伝子発現と細胞ダイナミクスの制御に関する重要な生物物理学上の疑問を特定し解決するために、合成生物学のアプローチ（計算および実験）を使用してきました。たとえば、コリンズは合成遺伝子ネットワークを使用して、遺伝子モジュールにおける正のフィードバックの効果^{[ 62 ] [ 63 ]} 、真核生物の遺伝子発現における確率的変動の役割と起源^{[ 64 ]}、および遺伝子発現ノイズの表現型への影響と、ストレス環境における細胞運命と微生物の生存戦略への影響を研究しました。^{[ 65 ]}重要なことに、コリンズはまた、合成遺伝子回路を使用して遺伝子制御の定性的および定量的モデルをテスト、検証、および改善する方法を示し^{[ 66 ]}、生物物理学的理論と実験をボトムアップアプローチで組み合わせることで、遺伝子制御の複雑なプロセスに関する生物学的洞察を得ることができることを示しました。^{[ 67 ]}

コリンズ氏は、実験的・計算的生物物理学的技術を用いて内因性遺伝子制御ネットワークをリバースエンジニアリングおよび解析することで、システム生物学における主要な研究者の一人でもある。^{[ 68 ]} コリンズ氏と共同研究者らは、リバースエンジニアリングされた遺伝子ネットワークが、薬剤標的、生物学的メディエーター、および疾患バイオマーカーの特定に利用できることを示した。^{[ 69 ]}

コリンズと共同研究者らは、システム生物学的手法を用いて、すべてのクラスの殺菌性抗生物質が共通の酸化損傷細胞死経路を誘導することを発見した。^{[ 70 ]}この発見は、SOS DNA損傷応答を含む酸化損傷を修復する細菌システムを標的とすることが、すべての主要なクラスの抗生物質の有効性を高め、抗生物質耐性の出現を抑制する実行可能な手段であることを示している。この研究は、細菌の代謝と抗生物質の有効性の間のメカニズム的関係を確立し、コリンズと彼のチームは一連の追跡研究でそれをさらに発展させ、検証した。^{[ 71 ]}

コリンズは、特定の代謝産物が殺菌性抗生物質によって持続性耐性感染症を根絶するために使用できることを示した。^{[ 72 ]}さらに、コリンズらは、致死量以下の抗生物質が活性酸素種の産生を刺激することによって突然変異を活性化し、多剤耐性につながることを発見した。^{[ 73 ]}コリンズらは、システムアプローチを用いて、集団ベースの耐性メカニズムも発見した。これは、抗生物質ストレスに直面した少数の耐性細菌変異体が、自身にいくらかのコストをかけて、他のより脆弱な細胞を保護し、ストレスの多い環境における集団全体の生存能力を高めるという、一種の血縁選択を構成するものである。^{[ 74 ]}

2020年、コリンズは、MITジャミールクリニックの主任教授であるレジーナ・バルジレイ教授とともに、ディープラーニングによって発見されたハリシンを発表しました。ハリシンは、 30年ぶりの新抗生物質化合物で、抗菌薬耐性結核菌、スーパーバグであるクロストリジウム・ディフィシル、世界保健機関が挙げる最も致死性の高い細菌トップ3のうち2つを含む35種類以上の強力な細菌を殺します。 ^{[ 75 ]}また、2020年には、コリンズ、バルジレイ、MITジャミールクリニックは、The Audacious Projectから資金提供を受け、Antibiotics-AI Project ^{[ 76 ]}を立ち上げ、AIを使用して抗生物質耐性危機に対応するために、ハリシンの発見をさらに発展させ、新しいクラスの抗生物質を開発しました。^{[ 77 ]}

コリンズはまた、生物学的機能を研究、模倣、改善するための非線形動的アプローチの開発と使用を先駆的に行い、^{[ 78 ]}生命システムの物理学を理解し活用する能力を拡大しました。たとえば、コリンズは、入力ノイズを使用して人間の感覚機能と運動制御を強化できると提案しました。^{[ 79 ] [ 80 ]} 彼と共同研究者は、振動インソールなどを介して、感覚閾値以下の機械的ノイズを適用することで、若年成人および高齢者、脳卒中患者、糖尿病性神経障害患者の触覚とバランス制御を改善できることを示しました。^{[ 81 ] [ 82 ]}この研究は、糖尿病性神経障害に起因する合併症に対処し、脳卒中後の脳機能を回復させ、高齢者のバランスを改善するための新しいクラスの医療機器の作成につながりました。

• ブレイディ、ダイアン（2012）。フラタニティ。シュピーゲル＆グラウ（2012年1月3日発行）。ISBN 978-0385524742。