• キング・サウード大学の研究者たちは、人工知能を使ってプラスチック粒子に結合するペプチドを設計した。
• マイクロプラスチックは何世紀にもわたって環境中に残留し、生態系や人間の健康にリスクをもたらす可能性がある。

ワード・フサイン

リヤド：画期的な科学的取り組みとして、研究者たちは人工知能を活用し、ペプチドとして知られる微小なタンパク質断片という、マイクロプラスチック汚染との闘いにおける強力な新ツールを解き放った。

このAIによって作られたペプチドはプラスチック粒子と結合することができ、水中からマイクロプラスチックをより効率的に除去することが可能になる。

マイクロプラスチック（5ミリ以下の小さなプラスチック片）は、現在、海、河川、土壌、そして人体に至るまで、驚くほど広く存在している。これらの微粒子は何世紀にもわたって環境中に残留し、生態系や公衆衛生を脅かしている。

従来の浄化方法では、この増大する危機に対処することは難しかった。このたび、サウジアラビア、アメリカ、そして世界各国から集まった科学者チームが、画期的な解決策を発表した。それは、マイクロプラスチック粒子に驚異的な精度で付着する生分解性ペプチドである。

高度なディープラーニング（深層学習）モデルを用いて発見されたこのペプチドは、プラスチック汚染との世界的な闘いに転機をもたらすかもしれない。

「私たちは、短いタンパク質がプラスチック表面でどのように振る舞うかを示す高度な生物物理学的シミュレーションと、そのシミュレーションの隠れたパターンを見つけるためのディープラーニングやAIを組み合わせました」と、キング・サウード大学の化学工学助教授で、この研究の共著者であるアブドゥレール・アル・シェフリ氏はアラブニュースに語った。

「これにより、マイクロプラスチックに付着する特定のペプチドを、従来の方法よりも最大34％効果的に突き止めることができました」

従来のろ過方法とは異なり、これらのAI誘導ペプチドは、マイクロプラスチック浄化を一変させる可能性のある、スケーラブルで生分解性の代替手段を提供する。

「基本的に、AIは従来のアプローチでは見逃してしまうようなタンパク質の配列を導き出し、より強力で効率的な浄化能力につながりました」とアル・シェフリ氏は付け加えた。

この発見は当初、計算機上でなされたものだったが、実験室でのテストによって、このペプチドの現実世界での可能性が確認された。

ノースカロライナ州立大学化学・生体分子工学科のマイケル・バーグマン博士候補はアラブニュースに次のように語った。

「これまで誰もプラスチック結合ペプチドを設計したことがなく、我々はペプチド設計を計算予測のみに頼っていました」

「AIが設計したペプチドは、エキサイティングなことに非常にうまくいきました。このペプチドは、ランダムなアミノ酸配列と比較して、プラスチックに対する親和性が非常に高く、我々の最も優れた生物物理学的デザインに匹敵する性能を示したのです」

「この研究は数カ月以内に出版される予定です。次のステップは、このペプチドをマイクロプラスチック汚染の改善に応用することです」

これらのペプチドを研究室から実世界に応用するためには、スケーラビリティという大きな課題がある。

「大きな障害は、これらの特殊なペプチドを大規模に製造しながら、淡水、塩水、あるいは中水であっても、様々な水生環境において安定した効果を維持できるようにすることです」とアル・シェフリ氏は言う。

「製造だけでなく、研究者、政策立案者、産業界が緊密に協力し、規制を合理化し、資金を確保し、汚染が最も深刻な場所への安全で費用対効果の高い配備を確保する必要があります」

バーグマン氏も同意見で、これらのペプチドの応用の可能性を強調している。

「例えば、バイオセンサーを使った水中のマイクロプラスチック汚染の検出（そしておそらく定量化）、ろ過や凝集の誘導によるマイクロプラスチックの除去、プラスチック分解生物のマイクロプラスチックへの付着の補助などです」と彼は言う。

サウジアラビアは、野心的な持続可能性目標と石油化学の世界的リーダーとしての役割のバランスをとっている。

サウジアラビア国王大学のマヘル・アル・ラシュド准教授（プラスチック科学）は、この二重の役割を、対立ではなくむしろ好機と捉えている。

「サウジアラビアは、特に『ビジョン2030』を通じて持続可能性への移行を進めており、プラスチック汚染と闘うための多面的な戦略の一環として、AIを活用した生分解性ペプチドを統合するための肥沃な土壌を提供しています」と彼はアラブニュースに語った。

「水源におけるマイクロプラスチック汚染が記録されているリヤドやジェッダのような都市では、これらのペプチドを廃水処理プラントに組み込むという実用的な応用が考えられます」

彼はまた、サウジアラビアがこの分野に適応し、リードするためのモデルとして、フランスのカルビオスや日本のイデオネラ・サカイエンシスといった国際的なベンチマークに言及した。

「サウジアラビアは、特にジュバイルやヤンブーのようなプラスチック廃棄物の排出量が多く、持続可能な処理方法が必要とされる工業地帯において、同様のAIを利用した酵素ソリューションを採用することができる」と彼は述べた。

ペプチドはマイクロプラスチックの浄化に強力な新ツールを提供するが、専門家は、プラスチック廃棄物を発生源から減らすことに取って代わるものではないと強調する。「新たな汚染物質の流入を食い止めるには、プラスチックの使用を減らすことが重要です」とアル・シェフリ氏は言う。

「しかし、我々はすでに驚異的な量のマイクロプラスチックを流通させており、その一部は何世紀にもわたって持続する可能性があります。私たちのペプチドデザインのようなAIを活用した戦略は、リサイクルを改善する幅広い取り組みを継続する一方で、既存の汚染物質を積極的にターゲットにして除去し、発生源の削減を補完する必要な役割を果たします」

アル・ラシュド氏ももこれに同意するが、これらのペプチドが長期的に効果を発揮するためには、様々な種類のプラスチックや環境条件に合わせて最適化する必要があると付け加えた。

「基本的な課題の一つは、これらのペプチドが基質特異性を示すようにすることです…つまり、天然の有機物を害することなく、ポリエチレン、ポリプロピレン、PETといった様々なプラスチックポリマーを効果的に分解しなければならないのです」と彼は言う。

また、環境安全性を確保することの重要性も強調した。

「AI駆動ペプチドは、環境的に安全な副産物に分解されなければならなりません。サウジアラビアのアブドルアジーズ科学技術都市が行った研究では、ペプチドを介したポリマー分解を、生態学的安全性を最大限に高めるためにどのように設計できるかを探求しています」

このようなペプチドを理論から普及させるには、明確な規制の枠組みが必要である。アル・ラシェド氏は、バイオセーフティと工業的スケーラビリティの必要性を強調した。

「規制の観点からは、サウジアラビアはAIペプチドの環境放出を承認する前に、厳格なバイオセーフティと環境リスク評価プロトコルを確立する必要があるでしょう」と彼は述べ、サウジアラビア国立環境コンプライアンスセンターの役割について言及した。

産業レベルでは、コスト効率と既存の廃棄物管理システムとの統合が成功の鍵となると指摘した。

「サウジアラビアの都市廃棄物収集・処理施設は現在、機械的・化学的リサイクルのために最適化されており、バイオ酵素によるプラスチック分解に移行するには、インフラの大幅な変更が必要になる」と述べた。

サウジアラビアがこの技術革新を模索する中、アル・シェフリ氏のような研究者たちは、特にプラスチック産業が経済的に重要な意味を持つこの国では、慎重にメッセージを組み立てることの重要性を強調している。

「要するに、マイクロプラスチックの研究は、プラスチック産業そのものと同じくらい重要なのです。私たちは、プラスチックの生命を救う利点と、この微小粒子を環境から除去・除去するための緊急研究のバランスを取らなければなりません」

「革新的な学術的努力に後押しされ、ショートペプチドは現在、マイクロプラスチック汚染と闘う世界的な努力の中で、新しい技術として輝いています。しかし、真の進歩を遂げるためには、そしてプラスチック産業の長期的な存続を維持するためには、政府、産業界、学術機関、地域社会が一体となった努力と研究が必要です」

世界中の研究者がAIが科学と持続可能性にどのような革命をもたらすかを探求する中、マイクロプラスチック結合ペプチドの開発は、データ、生物学、イノベーションがどのように交わるかを示す明確な例として際立っている。

「AIと生物物理学の組み合わせには、ほとんど無限の可能性があります」とバーグマン氏は言う。「プラスチックやマイクロプラスチックの汚染と特に関係が深いのは、プラスチックを分解する酵素の開発です」

「近年、生物物理学に導かれたAIによって、プラスチックPETを迅速に分解する酵素が最適化された。他の研究者たちは、ポリスチレンやポリエチレンなど、他の一般的なプラスチックについても同様の酵素を最適化しようとしています」

リヤドの実験台からノースカロライナのシミュレーション・ラボまで、ひとつのメッセージは明確だ。AIは、地球上で最も差し迫った環境問題への取り組み方を再構築する可能性を秘めており、サウジアラビアはその先頭に立つ準備ができている。