韓国の研究者を含む国際共同研究チームが、人工知能（AI）を活用し、自然界のウイルスと類似した方式で自発的に組み立てられる大型タンパク質構造体を設計した。
科学技術情報通信部は、イ・サンミン・ポステック化学工学科教授が、2024年ノーベル化学賞受賞者である米国ワシントン大学のデービッド・ベイカー教授の研究チームとともに、単一の人工タンパク質が自ら集まりウイルス様の構造を形成する設計原理を開発したと明らかにした。今回の研究成果は国際学術誌『ネイチャー』に21日掲載された。
「タンパク質ナノケージ」は、複数のタンパク質が自発的に結合して形成する、nm（ナノメートル・10億分の1m）サイズの中空構造体を指す。内部空間には薬物や遺伝物質、酵素などを収納でき、外面にはワクチン抗原のような物質を付与できる。
このため、タンパク質ナノケージは既にワクチンと薬物送達研究で活用可能性が継続的に検討されてきた。例えば、鉄貯蔵タンパク質であるフェリチンは中空の球状構造を自発的に形成するため、抗原提示や薬物搭載用プラットフォームとして研究されてきた。
研究チームはタンパク質ナノケージを実現するため、「準対称性」を人工タンパク質設計に適用した。準対称性は完全に同一の方式で反復されるわけではないが、全体として秩序だった構造を成す原理で、自然界のウイルスに見られる。
研究チームはタンパク質3個が集まった「三量体」を基本単位とし、AI基盤のタンパク質構造生成ツールを活用して新たな連結構造を設計した。研究チームはこのツールを用い、タンパク質が平らな板のように広がらず、丸いドーム形の殻として閉じるよう連結部位を設計した。
設計したタンパク質は大腸菌を用いて実際に生産した。続いてクライオ電子顕微鏡で構造を観察した結果、タンパク質が自発的に組み立てられ、直径約70nmから220nmに及ぶ多様なサイズの丸い殻を形成することを確認した。最小の構造体は精巧な「ナノサッカーボール」に似た形態を示した。
研究チームは今後、内部支持タンパク質や核酸などを鋳型として活用し、構造体の大きさをより均一に制御する後続研究を進める計画だ。将来的に構造体の大きさと均一性をより精密に調整できれば、標的薬物送達、遺伝物質送達、ワクチン抗原提示などバイオ・医療分野での活用可能性が高まる見通しだ。
イ・サンミン教授は「ウイルスは完全な対称でなくても精巧な分子構造を作れることを示す良い自然モデルだ」と述べ、「タンパク質ブロック間の微細な角度調整だけでも最終構造体の大きさと形態を変えられる点を確認した研究だ」と説明した。
参考資料
Nature(2026), DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-026-10554-z