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マサチューセッツ工科大学（MIT）が率いる研究チームは、米国の医療研究支援機関ARPA-Hから最大5300万ドル（約84億円）の資金を受け、次世代の除草剤を開発します。生成AIで化学物質やRNAの候補を設計し、除草効果に加え、人の健康や生態系への影響、雑草の抵抗性、製造費用を考慮する計画です。
研究計画の名称は「PLOW」で、ARPA-Hの農業資材管理に関するプログラム「STREAM」の一環です。MITの生物工学部門を率いるクリストファー・ヴォイト氏が研究責任者を務め、MITとハーバード大学のブロード研究所、複数の米大学、企業のRobigoなどが参加する予定です。
抵抗性への対応とリンの輸入依存低減を目指す
除草剤は雑草による作物の損失を防ぐ一方、長年の使用に伴い、一部の雑草では効きにくくなる遺伝的変異が生じています。PLOWでは、こうした抵抗性への対応に加え、広く使われる除草剤グリホサートの重要原料であるリンの輸入依存を減らすことも目指します。
グリホサートの製造に必要な原料には、単体のリンがあります。米政府は2026年2月18日の大統領令で、単体リンとグリホサート系除草剤の国内生産者は1社に限られ、国内需要を満たせず、単体リンを年間600万キログラム超輸入しているとしました。
除草剤への接触は、がんや代謝・内分泌の障害などの健康リスク上昇に関わる可能性があります。農業従事者は頻繁な使用を通じて接触し、食べ物や飲料水を通じて少量に接する住民もいるため、PLOWは候補の設計段階から人への影響を考慮します。
AIによる設計、実験での選別、温室試験をつなぐ
研究は、生成AIによる候補設計、多数の候補を調べる実験、温室での評価を担当する3チームに分かれます。AIは、既存の除草剤が標的とする植物の酵素の働きを妨げる化学物質や、遺伝子の働きを抑える短いRNAである「siRNA」を予測する計画です。
例えばグリホサートは、植物が重要なアミノ酸を作るために必要な「EPSP合成酵素」の働きを妨げます。新しいモデルでは、標的への作用に加え、合成費用の低さ、抵抗性の生じにくさ、人や生態系を害するリスクの低さも最適化の対象にします。
AIが生成する候補は数十億に上る見込みです。次のチームが、多数の候補を実験で選別する「ハイスループットスクリーニング」を行います。標的に作用する分子を探すだけでなく、得られた実験データをAI側に戻してモデルの改善に使います。
絞り込んだ候補は、温室で異なる農業条件のもとで性能を評価します。RNAによって遺伝子の働きを抑える「RNA干渉」を利用した初期候補については、プログラムの初年度末までに最初の温室試験を終える予定です。
siRNAは標的RNAに作用し、植物への送達が課題になる
PLOWが候補として扱うsiRNAは、RNA干渉に関わる分子です。この仕組みでは、siRNAが細胞内のタンパク質複合体に取り込まれ、配列が対応するメッセンジャーRNAに結び付き、その分解を通じて遺伝子の働きを抑えます。メッセンジャーRNAは、タンパク質を作るための情報を運ぶRNAです。
外から与えるRNAを植物細胞内で働かせるには、葉の表面を覆う層や細胞壁、細胞膜などを越えて届ける必要があります。葉の表面の性質や紫外線などの環境条件も取り込みに関わり、RNAの安定性や送達方法の改善が研究されています。
2016年の植物実験では、蛍光タンパク質GFPの遺伝子を持つベンサミアナタバコに、その遺伝子を標的とするsiRNAを与えました。通常の低圧噴霧などでは遺伝子の働きを抑えられなかった一方、高圧噴霧では局所的な抑制が起こり、22塩基長のsiRNAでは植物全体に広がる抑制も観察されました。葉を狙うよりも、成長に関わる頂端分裂組織を狙った方が、抑制は速く広く生じる結果でした。
土を耕さない栽培にも関わる除草手段
PLOWが代替を目指す除草剤は、土壌を保全する農法も支えています。土を耕さない不耕起栽培では、作付け前や作付け時にすでに育っている雑草などを枯らしたり抑えたりするため、一般に除草剤が使われます。耕す回数を減らす栽培では、輪作などの栽培上の工夫と化学的な防除への依存が大きくなります。
機械による除草は、雑草を埋める、切断する、根を引き抜いて乾燥させるといった方法で作用します。効果は雑草の種類や大きさ、作物の生育段階、天候、土の状態に左右されるため、複数の作業を順序立てて組み合わせることが重要です。多年生雑草では、地下の根などを切り刻むことで増殖を助ける場合もあり、その後の対策を含む管理が必要です。
農薬を分解する微生物システムも開発
PLOWでは、新しい除草剤候補の探索と並行して、生きた微生物を使い、農薬が食品や土壌、水路に到達する前に分解するシステムも開発します。研究チームは、改変した細菌や菌類などを利用し、農薬や製剤成分を生物由来の物質であるバイオマスへ変換する計画です。この仕組みで、人や環境が農薬に接する機会を減らすことを目指します。
