Boothbyのクマムシ由来「ガラス化」の発見は、乾燥した酵素がコールドチェーンなしで生存できることを示した

ワクチンや多くの医薬品は乾燥すると分解してしまう繊細なタンパク質であり、そのため工場から診療所まで冷蔵で輸送・保管されている。この冷蔵が請求書の中で最大の項目であり、Boothbyらが報告したところによれば、発展途上国における予防接種プログラムの費用の約80パーセントはワクチンを低温に保つことから生じている。明らかな解決策は、より多くより優れたコールドチェーン――冷蔵庫、保冷箱、電力――であり、それは永遠に稼働し続けなければならないインフラである。

顕微鏡的なクマムシ（water bear）は、細胞内のほぼすべての水分を失っても生存する。2015年9月、シカゴ大学の研究者たちは、この動物が乾燥する際にガラス状の分子で自らを覆うことを発表した。その後、ノースカロライナ大学のThomas Boothbyはその仕組みを突き止めた。すなわち、本質的に無秩序なタンパク質（IDP）をコードするクマムシ特異的遺伝子であり、水和時には形を持たないが、乾燥時に増殖して、必須のタンパク質や分子を包み込む固体の生物学的ガラスへと再配列する。水を加えると、ガラスは溶けて柔軟なタンパク質に戻る。

Boothbyは、このメカニズムが一般的な強靭性ではなく乾燥に特化していることを示した。IDPの生成を減らすよう遺伝子操作されたクマムシは乾燥耐性を失ったが、低温耐性は保持した。この仕組みは移植可能である。ヒトHeLa細胞では、細胞が乾燥するにつれてIDPが特定の細胞小器官へ移動し、in vitroでガラスを形成した。このタンパク質を生成するよう遺伝子操作された酵母と細菌は、通常のものより極度の乾燥に耐えた。乳酸脱水素酵素は、乾燥前にガラスタンパク質と混合すると完全な活性を取り戻したが、乾燥後に加えても何の効果もなかった。これは、水が抜けるにつれて分子の周囲にガラスが形成されなければならないことを証明している。

同じ包囲構造は、乾燥した酵素、ひいてはワクチンを安定化させ、コールドチェーンなしで輸送し棚に置いておくことを可能にする可能性があり、またこのタンパク質は耐乾性作物への道も示している。このメカニズムはまだ製品ではない――2015年12月の報告時点での証拠は細胞と酵素であり、温かいまま輸送されたワクチンではなかった――が、問題の捉え方を変える。すなわち、インフラで貨物を守るのではなく、貨物自身に身を守らせるのである。

貨物を冷やすな。クマムシの技を借りて、乾燥した生体分子を自己保護させる

最大のコストを攻撃する。冷蔵が発展途上国の予防接種プログラム費用の約80パーセントであるなら、乾燥に耐える生物製剤は最大の出費を取り除く

ガラスは可逆的かつ標的化されている。再水和で溶け、水が抜ける間に分子の周囲に形成されなければならないため、保護は後から加えるのではなく乾燥プロセスに組み込まれている

メカニズムが移植可能であることが証明された。ノックダウンは遺伝子が乾燥に特異的であることを示し、酵母、細菌、HeLa細胞での発現はクマムシの外で効果を再現した

この研究はアメリカ細胞生物学会の会議で発表され、2015年12月に独立した科学報道機関によって報じられ、この発見に検証可能な公的記録を与えた

何かを生かしておくことが高くつくなら、環境ではなく製品の許容性を変えよ。過酷な条件に耐える生物を見つけ、そのメカニズムを移植せよ。

2015年12月の報道時点で、この研究はアメリカ細胞生物学会の年次総会で発表されたばかりであり、実証された結果は酵母、細菌、ヒト細胞、酵素アッセイにおけるもので、乾燥安定ワクチンと耐乾性作物は完成した成果ではなく意図された応用として挙げられていた。ScienceAlertとScience Newsの両方がその月にこの記事を掲載し、ScienceAlertの記事は2015年のクリスマス当日にHacker Newsで194ポイントと37件のコメントを集めた。ガラスタンパク質のアプローチが実際のワクチンや作物に到達するかどうかは、報道時点では未解決のままだった。