ハミルトン・スミス：生物学にハサミをもたらした細菌学者

ハミルトン・スミス (Hamilton Smith) 以前、DNAは実質的に切断不可能であり、科学者は記述できても選択的に切り出すことができない分子でした。1970年、ある一般的な細菌を用いて大学院生と研究していたスミスは、DNAを特定の6文字の配列でしか切断しない酵素を発見しました。これにより、彼は分子生物学という分野全体に、最初の精密なハサミをもたらしたのです。遺伝子工学からゲノムシーケンシング、そして後に彼が細菌のゲノムをゼロから構築するのを助けたツールに至るまで、すべてはこの唯一の酵素であるHindIIから始まっています。

海軍の医師から細菌遺伝学者へ

スミスは1931年8月23日にニューヨーク市で生まれ、イリノイ州アーバナ・シャンペーンで育ちました。地元のユニバーシティ・ラボラトリー・ハイスクール (University Laboratory High School) に通った後、1950年にイリノイ大学 (University of Illinois) に編入しました。1952年にカリフォルニア大学バークレー校 (University of California, Berkeley) で数学の学位を取得し、その後東部へ移り、ジョンズ・ホプキンス大学 (Johns Hopkins University) で医学の学位を取得して1956年に修了しました。彼の研究への道は決して直接的なものではありませんでした。初期のキャリアは、セントルイスのワシントン大学 (Washington University in St. Louis) での医療サービス、アメリカ海軍での勤務、ヘンリー・フォード病院 (Henry Ford Hospital) での研修医という、従来通りの医学の道を歩みました。その後、1962年に感染症研究者マイロン・レビン (Myron Levine) の下で始めたミシガン大学 (University of Michigan) での遺伝学の博士研究員としての研究が、彼を実験室のベンチへと向かわせることになりました。1975年にはグッゲンハイム奨学金を受けてチューリッヒ大学 (University of Zurich) に渡りましたが、その時までには、彼のキャリアを決定づける発見はすでに5年前のことでした。それは、残りの職業人生をそこで過ごすことになる男にとって、科学への回り道でした。彼は30代前半になるまで微生物学の研究に腰を据えることはなかったのです。

配列を読み取って切断する酵素

1967年、スミスはジョンズ・ホプキンス大学の微生物学の助教授として着任しました。3年後、大学院生のケント・ウィルコックス (Kent Wilcox) と協力し、それまで誰も明確に実証したことのないことを行うインフルエンザ菌 (Haemophilus influenzae) から酵素を単離しました。それは、DNA塩基の特定の短い配列を認識し、毎回正確にその場所で分子を切断するというものでした。この酵素はHindIIと命名され、特性が明らかにされた最初のII型制限酵素となりました。スミスはその後、細菌が制限酵素と共に自らのゲノムを自己消化から保護するために使用するDNAメチル化酵素を特定し、細菌の制限修飾系がどのように一体となって機能するかという全体像を完成させました。この発見により、スミスは、そのような酵素の存在を理論づけていたヴェルナー・アーバー (Werner Arber) と、最初に遺伝子マッピングの実用に応用したホプキンスの同僚ダニエル・ネイサンズ (Daniel Nathans) とともに、1978年のノーベル生理学・医学賞を共同受賞しました。II型制限酵素は、ほぼ一晩で組換えDNA技術の基本的なツールキットとなりました。これは、科学者が一つの生物から遺伝子を切り出し、別の生物に接合するための手段でした。

ゲノムを切断することから、読み、構築することへ

スミスのキャリアはノーベル賞で終わりませんでした。1995年、ゲノム研究所 (The Institute for Genomic Research) でJ. クレイグ・ベンター (J. Craig Venter) のチームと協力し、インフルエンザ菌の全ゲノムのシーケンシングを支援しました。これは、四半世紀前に彼がHindIIを発見したのと同じ細菌であり、全ゲノムが完全に読み取られた史上初の自由生活生物となりました。1998年にジョンズ・ホプキンス大学を退職した後、スミスはベンターの拡大する軌道に乗り、ヒトゲノム計画のシーケンシング推進中にセラ・ゲノミクス (Celera Genomics) で研究を続け、その後、遺伝子組み換え生物からバイオ燃料を追求するために2005年に設立されたシンセティック・ゲノミクス (Synthetic Genomics) の科学ディレクターとして合成生物学に加わりました。2003年、彼のチームはバクテリオファージ Phi X 174のゲノムを合成的に組み立て、後に部分的に合成された細菌細胞を作成する研究を指揮しました。これは、彼が設立を支援したDNAを切断するという学問を、その論理的な拡張であるDNAをゼロから構築するという方向へと推し進めるものでした。

著名人というよりは同僚

ホプキンスでスミスとともに働いた人々は、彼を科学的な著名人としてよりも、その気質によって記憶しています。ホプキンスの研究仲間であるジェレミー・ネイサンズ (Jeremy Nathans) は、スミスは「科学における冒険の精神を体現していた」と述べ、微生物学者のトーマス・ケリー (Thomas Kelly) は、彼を「温かく寛大な同僚」であり、その影響力はどんな単一の発見よりも学部の文化を形成したと評しました。スミスはリズ・スミスと結婚しましたが、彼女は彼に先立ちました。夫婦には5人の子供がおり、そのうち1人も彼に先立っています。また、12人の孫と15人のひ孫が遺されました。ジョンズ・ホプキンス大学は、彼がまだ合成生物学の研究で現役であった2015年に、彼の名誉を称えて「ハミルトン・スミス革新的研究賞」を設立しました。

ハミルトンが天才と呼ばれる理由

スミスのノーベル賞を受賞した研究は、壮大な理論化というよりも、精密な実験的気づきの産物でした。ヴェルナー・アーバーは、配列特異的なDNA切断酵素が存在するはずだと予測しており、実際に大学院生と慎重な細菌実験を行い、それを単離し、理論が要求する通りに正確に機能することを証明したのはスミスでした。それこそがベンチ科学者の天才性です。酵素を精製し、信頼できるほど正確にその挙動を特徴づけ、DNA配列のきれいな反復可能な切断が生物学の他の分野に何をもたらすかを瞬時に認識する忍耐力です。正直に言えば、スミスは孤立して働いていたわけではありません。1978年のノーベル賞は、アーバーの予測、スミスの単離、ネイサンズの応用という、それぞれが必要であり、一つだけでは十分ではない、明示的に3者による連続的な業績でした。そのトリオの中でスミスを際立たせているのは、50年にわたるキャリアを通じた多才さです。1970年にHindIIを見つけたのと同じ実験的本能が、80代になってもゲノムシーケンシングや合成生物学という最先端科学を牽引し続けていました。この持続的な生産的な好奇心は、どんな単一の発見よりも稀なものです。

遺産

制限酵素は、組換えDNA、現代の遺伝子工学、バイオテクノロジー、そして遺伝子治療の基盤となる技術となりました。DNAを操作するためのほぼすべてのその後のツールは、HindIIが初めて実証した能力に遡ることができます。2016年にリンパ腫と診断された後も、スミスは何年も働き続け、2025年10月25日にメリーランド州エlicottシティにある息子の家で、94歳で亡くなりました。これは、遺伝子配列を読み取り切断できる最初の酵素から、全ゲノムを最初にシーケンシングし、その後合成を開始したチームに至るまで、途切れることのない線で続いたキャリアの幕引きとなりました。