ジェームズ・J・コリンズ

ジェームズ・J・コリンズ
生まれる	( 1965-06-26 )1965年6月26日（59歳） ニューヨーク市、米国
教育	ホーリークロス大学( BA ) オックスフォード大学( DPhil )
知られている	合成生物学、ハリシンとアバウシン の発見
配偶者	メアリー・マクノートン・コリンズ ​ ​ （ 1990年生まれ）
受賞歴	マッカーサーフェローシップ（2003年） NIH所長パイオニア賞（2007年） ラグランジュ賞（2010年） HFSP中曽根賞（2015年） ギャベイ賞（2017年） ディクソン医学賞（2020年） マックス・デルブリュック賞（2020年） ファインマン賞（2023年） クラリベイト引用栄誉賞（2023年）
科学者としてのキャリア
フィールド	生物工学 生体 医工学 システム生物学 合成生物学
機関	マサチューセッツ工科大学 ハーバード大学 ボストン大学 ラゴン研究所 ワイス研究所 ブロード研究所
論文	関節力学：下肢のモデリング （1990）
博士課程の指導教員	ジョン・オコナー

ジェームズ・ジョセフ・コリンズ（1965年6月26日生まれ）は、マサチューセッツ工科大学（MIT）の医用工学・科学のテルメール教授を務めるアメリカの生物医学技術者およびバイオエンジニアであり、 MITの機械学習のための健康に関するMITアブドゥル・ラティフ・ジャミールクリニックのディレクターも務めています。

コリンズ氏は、ハリシンやアバウシンなどの新しい抗生物質を発見するために人工知能（AI）のアプローチを使用できることを示す研究を行った。^[1]彼は、 The Audacious Projectによってサポートされている MIT の抗生物質AIプロジェクトのディレクターを務めており、ハーバード–MIT健康科学技術プログラムのメンバーでもある。彼はまた、ハーバード大学のワイス生物学的にインスパイアされたエンジニアリング研究所のコア教員であり、ブロード研究所のメンバーでもある。^[2]

コリンズは合成生物学の創始者の一人であり、合成遺伝子回路とプログラム可能な細胞に関する研究は、新しいクラスの診断法と治療法の開発につながり、エボラ、ジカ、SARS-CoV-2、抗生物質耐性菌などの新興病原体による感染症の検出と治療の研究に影響を与えました。コリンズはシステム生物学の研究者でもあり、抗生物質の作用と抗生物質耐性の出現に関する発見をしました。^[3]

コリンズ氏は、合成生物学と遺伝子ネットワーク工学への貢献により、米国工学アカデミー、米国医学アカデミー、米国科学アカデミーの会員である。2023年には、ノーベル賞受賞の可能性が最も高い研究に対してクラリベイト・サイテーションを受賞した。

コリンズは1965年6月26日にブロンクス区で生まれ、その後ニューヨーク州ベルローズに移住した。^[4]父親は航空技術者で、NASAや軍のプロジェクトに携わっていた。^[5]コリンズは10歳の時、小学校を卒業した後、家族とともにニューハンプシャー州に移り、 ^[6]ナシュアで育った。^{[7]祖父の一人が}失明し、もう一人が多発性脳卒中を患ったことがきっかけで、医療工学に興味を持つようになった。^[5]

コリンズはもともと学部生として電気工学を学ぶつもりで、マサチューセッツ工科大学(MIT) とレンセラー工科大学(RPI) に合格したが、代わりにホーリークロス大学に通うことを決めた。大学の雰囲気がより親しみやすいと感じたからである。コリンズは後に「私はその場所が大好きになりました。一生懸命勉強してしっかりした教育を受けたかったのですが、楽しみたいとも思っていました。幅広い経験を積みたかったし、ホーリークロス大学ならそれができると感じました」と回想している。^[3]

ホーリークロス大学では、コリンズはクラス役員で、陸上競技とクロスカントリーチームのメンバーで、1マイルを4分17秒で走った。^[8] また、学校新聞に寄稿し、キリスト教教義友愛会（CCD）の一員として教鞭をとった。学部生時代には学長ボランティア賞を受賞し、1986年には大学最高の栄誉であるフェンウィック奨学生に選ばれた。^{[9]コリンズは1987年にホーリークロス大学を}首席で卒業し、物理学の学士号（BA）を最優秀の成績で取得した。^[3]学部生の卒業論文のタイトルは「機能的神経筋刺激：歩行の生体力学的および神経筋的基礎の分析」だった。^[10]

ホーリークロス大学卒業後、コリンズはニューイングランド出身の4人の学生のうちの1人としてローズ奨学金に選ばれ、その奨学金を使ってイギリスのオックスフォード大学で医療工学を学んだ。^{[11]オックスフォード大学では、}バリオール・カレッジに在籍し、 1990年に医療工学と機械工学を専門とする哲学博士号（DPhil）を取得した。^[12]博士論文のタイトルは「関節力学：下肢のモデリング」で、ジョン・J・オコナーが指導した。^[13]

コリンズは米国に戻り、ボストン大学の教授に加わった。そこで彼は研究室を設立し、大学のウィリアム・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の共同ディレクター、合成生物学センターのディレクターとなった。2008年、コリンズはハワード・ヒューズ医学研究所の研究員に任命され、ボストン大学出身の最初の研究員となった。^[7]

2014年、コリンズはマサチューセッツ工科大学の教授に就任した。^[14]現在、コリンズはMITの医療工学・科学のテルメール教授および生物工学の教授である。コリンズはハーバード大学のワイス生物学工学研究所の創設メンバーでもあり、ブロード研究所のメンバーでもある。コリンズは2018年からMITジャミールクリニックの生命科学の教員リーダーでもある。^{[15] [16]}

コリンズ氏は数多くの新興企業に関わっており、彼の発明と技術は 25 社を超える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ます。コリンズ氏は、いくつかのバイオテクノロジー企業や非営利団体の科学的共同設立者でもあります。

2010年、コリンズはバラク・オバマ大統領から生命倫理問題研究のための大統領委員会の委員に任命された。^[17]

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きました。^{[18]彼は、}マイケル・エロウィッツやスタニスラス・ライブラー とともに、核酸や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、それを使って生きた細胞を再構築し、再プログラムできることを初めて示しました。

Nature 誌に掲載された論文^[19]で、コリンズは大腸菌で遺伝子トグルスイッチ（合成双安定遺伝子調節ネットワーク）を設計・構築した。このトグルスイッチは合成のアドレス指定可能な細胞メモリユニットを形成し、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。Nature 誌の同じ号で、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（リプレッシレーターと呼ばれる）を構築できることを示した。^[20]コリンズの遺伝子トグルスイッチに関する Nature 誌の論文^[19]とエロウィッツとライブラーのリプレッシレーターに関する Nature 誌の論文^[20]は、合成生物学の始まりを示す画期的な論文と考えられている。^[18]

この研究を基に、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連携させてさまざまな用途にプログラム可能な細胞を作成できることを示しました。^[21]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、予防するための生きた診断薬や生きた治療薬として機能する合成プロバイオティクスなどです。^{[22] [23]}また、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）、^{[24] [25] [26] [27] [28] [29]}バイオコンテインメント用の微生物キルスイッチと遺伝子カウンター、^{[30] [31] [32]}耐性細菌感染症と戦う合成バクテリオファージ、^{[33] [34]}代謝工学用の遺伝子スイッチボード、^[35]遺伝子および細胞治療用の調整可能な遺伝子スイッチも設計・構築しました。^{[36] [37] [38]}最近、コリンズは凍結乾燥した無細胞合成遺伝子回路を開発した。これは、新興病原体（ジカ熱、エボラ出血熱、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、^{[39] [40] [41] [42]ウェアラブルバイオセンサー、 [43]}および発展途上国における携帯型生体分子製造（ワクチン抗原の製造など）の基礎となる革新的なプラットフォームである。^[44]

合成生物学と再生医療の分野では、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、合成mRNA技術を生物医学的応用に応用する研究を行った。チームは、合成mRNAが幹細胞の再プログラミングと再分化を非常に効率的に行えることを示した。この研究は2010年にCell Stem Cell誌に掲載され^{[45] 、ロッシはこの合成生物学技術プラットフォームを利用して}Moderna社を設立した^[46]。

コリンズはまた、合成生物学のアプローチ（計算および実験）を使用して、遺伝子発現と細胞ダイナミクスの調節に関する重要な生物物理学の問題を特定し、それに取り組んできました。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、^{[47] [48]}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、^[49]遺伝子発現ノイズの表現型への影響と、ストレスの多い環境における細胞の運命と微生物の生存戦略への影響を研究しました。^[50]重要なことに、コリンズは合成遺伝子回路を使用して遺伝子調節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ました。^[51]また、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て、遺伝子調節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。^[52]

コリンズ氏は、実験計算生物物理学的手法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し、分析するシステム生物学の第一人者でもある。^[53] コリンズ氏と共同研究者は、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、疾患バイオマーカーの特定に使用できることを実証した。^[54]

コリンズと共同研究者は、システム生物学のアプローチを用いて、殺菌性抗生物質のすべてのクラス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。^[55]この発見は、SOS DNA損傷反応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、すべての主要な抗生物質の有効性を高め、抗生物質耐性の出現を制限する実行可能な手段であることを示しています。この研究により、細菌代謝と抗生物質の有効性の間にメカニズム的な関係が確立され、コリンズと彼のチームは一連の後続研究でこれをさらに発展させ、検証しました。^[56]

コリンズは、特定の代謝産物を使用することで殺菌性抗生物質が持続性で耐性のある感染症を根絶できることを示した。^[57]さらに、コリンズと同僚は、致死量未満の抗生物質が活性酸素種の生成を刺激し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。^[58]コリンズと同僚は、システムアプローチを使用して、集団ベースの耐性メカニズムも発見した。これは、抗生物質のストレスに直面した少数の耐性細菌変異体が、自分自身にいくらかの犠牲を払って、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ことができる、一種の血縁選択を構成する。^[59]

2020年、コリンズはMITジャミールクリニックの学部長であるレジーナ・バルジレイ教授とともに、深層学習によるハリシンの発見を発表したチームの一員でした。ハリシンは、抗菌薬耐性結核、スーパーバグであるクロストリジウム・ディフィシル、世界保健機関の最も致死的な細菌トップ3のうち2つを含む35種類以上の強力な細菌を殺す、30年ぶりの新しい抗生物質化合 物です。 ^{[60] 2020年、コリンズ、バルジレイ、MITジャミールクリニックは、} The Audacious Projectを通じて資金提供を受け、抗生物質AIプロジェクトを立ち上げ、ハリシンの発見を拡大し、AIを使用して新しいクラスの抗生物質を開発することで抗生物質耐性危機に対応しました。^[61]

コリンズ氏はまた、生物学的機能の研究、模倣、改善のための非線形動的アプローチの開発と使用の先駆者でもあり、^[62]生体システムの物理学を理解し、利用する能力を拡大しました。たとえば、コリンズ氏は、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。^{[63] [64]} 彼と共同研究者は、若者と高齢者、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が、例えば振動するインソールを介して感覚以下の機械的ノイズを適用することで改善できることを示しました。^{[65 ] [66]}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し、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開発につながりました。

コリンズの科学的業績は、ディクソン医学賞、サノフィ・パスツール研究所賞、HFSP中曽根賞、マックス・デルブリュック賞、ギャバイ賞、NIH所長パイオニア賞、エリソン医学財団老化研究上級学者賞、第1回アンソニー・J・ドレクセル特別功労賞、イタリアのCRT財団のラグランジュ賞、BMESロバート・A・プリツカー賞、プロメガバイオテクノロジー研究賞など、数多くの賞を受賞しており、テクノロジーレビュー誌の第1回TR100（テクノロジーの未来を形作る100人の若手イノベーター）^[67]やサイエンティフィック・アメリカン誌の科学技術分野の優れたリーダートップ50に選出されている。^[68]

コリンズは、アメリカ物理学会、物理学会、アメリカ医療生物工学協会の会員である。2003年、彼はマッカーサー財団の「天才賞」を受賞し、^[69]この栄誉を受けた最初のバイオエンジニアとなった。 ^[70] コリンズの受賞理由には、「研究を通して、コリンズは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、これらの概念を具体的で実用的な問題の解決に利用する傾向を示している」と記されている。彼はまた、ボストン・レッドソックスからメディカル・オールスターとして表彰され、フェンウェイ・パークで行われたレッドソックスの試合で始球式を行った。2016年、コリンズはポール・G・アレン・フロンティア・グループからアレン著名研究者に選ばれた。^{[71]コリンズは、}米国科学アカデミー、米国工学アカデミー、米国医学アカデミーの3つの米国国立アカデミーすべてに選出されている。彼はアメリカ芸術科学アカデミーの選出会員であり、全米発明アカデミーの認定会員でもある。

コリンズ氏はボストン大学で、バイオメディカル工学教員賞、工学部教授賞、ボストン大学が授与する最高の教育賞であるメトカーフカップと優秀教育賞など、教育に関する賞を受賞しています。^[72]

2023年、コリンズはマイケル・エロウィッツ、スタニスラス・ライブラーとともに、「合成生物学の分野を切り開いた合成遺伝子回路に関する先駆的な研究」によりクラリベイト引用栄誉賞に選出された。 ^[73]

コリンズの妻はメアリー・マクノートン・コリンズで、ホーリークロス大学の学部生時代に出会い、1990年に結婚した。彼女はハーバード大学医学部の教授であり、マサチューセッツ総合病院の医師である。^[3] 2人の間には2人の子供がいる。ケイティはケンブリッジ大学のマーシャル奨学生であり、ダニーはスタンフォード大学のナイト・ヘネシー奨学生である。^{[74] [75]}

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

• MIT コリンズ研究室
• ハーバード大学ワイス研究所のジム・コリンズ教授のウェブページ