目に見えないほど危険なエニグマ暗号を解読する

機械は考えることができるでしょうか？ 65 年前、**アラン・チューリング** はマインド誌でこの質問にあえて答えました。その素晴らしい記事の中で、彼はコンピュータに人工知能があるかどうかをチェックするイミテーションゲームを紹介しました。

エニグマの解読は第二次世界大戦勝利の鍵でした9年前、アラン・チューリングはナチス軍が通信に使用した**エニグマ**暗号の解読に成功していました。したがって、暗号化は第二次世界大戦に勝利するための同盟国の基本的なツールの 1 つになりました。

『マインド』誌に掲載された彼の研究は、「*私たちは未来をほんの少ししか見ることができませんが、やるべきことがたくさんあることを認識するには十分です*」という印象的な文章で締めくくられています。スーパーコンピューティングの父とされる人物は、再び時代の先を行っていました。アラン・チューリングの夭折により、世界は彼の思想を孤立させてしまいました。しかし、現在のコンピューティングは、抗生物質耐性菌のエニグマ暗号を解読するという、チューリングの影によって特徴づけられた課題を引き継いでいます。

極小の暗号機

ナチス軍は通信を暗号化するためにエニグマを使用しました。暗号を解読することは、メッセージを傍受し、アドルフ・ヒトラーの軍隊が実行する行動を予測するための鍵でした。私たちの目には見えない世界では、微生物もDNAにその動きを暗号化しています。抗生物質耐性菌が持つ隠された遺伝情報を読み取ることで、その攻撃を推測できるようになる。

第二次世界大戦中に起こったように、人類は今、熾烈であると同時に致命的な戦いを繰り広げようとしています。エニグママシンは 26 文字、6 対の有線接続を備えた内部主軸台、26 文字のライトパネル、および 26 文字のアルファベットが記載された 26 個の周縁歯付きスロットを備えたいくつかのローターで構成されていました。その可能な構成により、1 億 5,000 万通りの可能なモードが生まれました。

ナチスの暗号ゲームは悪魔的で、可能性は無限でした。エニグマと同様に、DNA 暗号化は非常に複雑です。私たちの遺伝情報は、わずか 4 つの文字 (アデニン、グアニン、シトシン、チミン) で暗号化されており、常に 3 文字で読み取られます。各トリプレットは、タンパク質 (アミノ酸とも呼ばれます) の最も単純な結合の 1 つを形成します。つまり、4 つの異なる文字と 64 の異なる 3 文字が存在します。同じアミノ酸が複数の三重項によって決定される可能性があるため、遺伝暗号は縮退しているとも言われます。

遺伝情報の構成はすべての生物で同じです。特異性あり。一部の遺伝子は特定の薬剤に対する耐性を与えます。がん細胞が抗腫瘍治療を回避して生きて復活できるのと同じように、細菌もゲノムに暗号化されたメッセージを取得し、従来の治療法から逃れることができました。英国の報告書によると、2050年には抗生物質耐性菌の攻撃により1,000万人が死亡する可能性があり、そのほとんどが現在では治療可能な感染症によるものである。死亡者数はがんによる死亡者数を180万人上回ることになる。

抗生物質耐性により、2050 年には 1,000 万人以上が死亡する可能性があります。これは目に見えず、知覚できない、致命的な攻撃です。 「この推定値は現実的です」と、マドリードのラモン・イ・カハル病院の臨床微生物サービス部長、ラファエル・カントン氏は説明する。 「グラム陰性菌に対して使用されるフルオロキノロンなどの抗生物質が失われつつあります。」国立バイオテクノロジーセンターの研究者ホセ・ルイス・マルティネス氏もこのビジョンに同意している。 「今日、エスケープ細菌として知られる細菌（エンテロコッカス・フェシウム、黄色ブドウ球菌、肺炎桿菌、アシネトバクター・バウマニ、緑膿菌、エンテロバクター）が最も懸念されています。」コレラ菌などの微生物が耐性を持つようになると、問題はさらに悪化する可能性があります。

抗生物質の使用から乱用まで

ナチスのメッセージの暗号化は毎日変更されました。遺伝情報の場合、突然変異や変化はランダムに起こります。しかし、抗生物質は細菌に対して選択圧を与えると言われています。耐性を獲得したものだけが治療に耐えることができます。言い換えれば、私たちを治癒してきた薬によって、最も敏感な菌株を排除できるようになったのです。 「1つは突然変異であり、もう1つは耐性遺伝子の獲得です」とホセ・ルイス・マルティネスは説明する。 「抗生物質耐性が存在するには、選抜を受けなければなりません。」 1950年代にフレミングによって発見されたペニシリンの導入以来、過去60年間に起こったこと。

「抗生物質の使用は必ずしも細菌の遺伝子変異率を増加させるわけではありません」とマルティネス氏は続ける。しかし、これらの薬剤の大量使用はセレクター効果を引き起こし、耐性を持つ微生物の憂慮すべき増加の一因となっています。 「このことは、抗生物質の治療がより制限されてきた北部よりも、南ヨーロッパで抗生物質に耐性のある細菌が多く見られることを説明できるかもしれない」とスペイン感染症微生物学会の現副会長カントン氏は説明する。抗生物質の50％は農業と家畜に使用されています

ナバラ大学教授のイグナシオ・ロペス・ゴニ氏は、抗菌療法の不可解な乱用について語ります。 「動物の成長を促進したり、病気を予防したりするための栄養補助食品として使用されてきました。」現在、世界の抗生物質生産量の 50% 以上が農業および家畜に使用されています。 「それが、抗生物質耐性菌が肥料、農場、水中に分離される理由です」と研究者は言う。

抗生物質耐性は根絶するのが難しい問題です。それは第二次世界大戦の恐ろしいナチスの攻撃とまったく同じことが起こります。当時、ヨーロッパの半分に投下された爆弾を止めることはほぼ不可能でしたが、メッセージを傍受し、その意図を推測することは可能でした。たとえば、**コロッサスの開発により、連合国はドイツがノルマンディー経由ではなくカレー峠経由で上陸を予想していることを知ることができました。

第二次世界大戦の場合と同様、細菌のゲノム* に暗号化されたメッセージを傍受する必要があります。患者に感染する微生物の DNA を読み取ることで、微生物の攻撃を予測し、最善の防御戦略が何であるか、つまり耐性のないどの治療法を選択するかを知ることができます。繰り返しになりますが、感染性爆弾を止めることはできませんでしたが、その意図を推測することはできました。

細菌の謎を解く

「その機械を壊せるのは機械だけだ」とベネディクト・カンバーバッチは『イミテーション・ゲーム』の役でこう言っている。抗生物質耐性菌の特異な分子機構は、次世代シーケンス* (NGS) 技術の出現により解読される可能性があります。 「 NGS シーケンスにより、これらの微生物についての知識をさらにレベルを下げることができるようになり、その結果、微生物の耐性メカニズムが正確に明らかになります。」と Cantón 氏は説明します。

シークエンシングの技術進歩はムーアの法則よりも速いスピードで進んでいるCSIC の上級科学者であり、セベロ オチョア分子生物学センターのスピンオフである Biomol-Informatics の創設者であるPaulino Gómez-Puertas 氏が、これがどのような技術で構成されているかについて簡単に説明しています。 「これは、より大きな能力を備えた配列決定の一種であり、ヌクレオチドごと[文字ごとに]読み取るのではなく、ゲノムを一度に分解し、小さな断片を分割して読み取り、後でその断片を再構成します。パズル」。

現在、NGS テクノロジーが従来のシーケンスに取って代わり始めています。その理由は、コストの大幅な削減と作業のスピードに他なりません。 「数年前、NGS による配列決定と細菌のゲノム分析には 6 か月かかりましたが、現在では数百ユーロの費用で 1 週間以内に完了します」とゴメス・プエルタス氏は言います。そして、配列決定の技術的進歩は、ムーアの法則として知られるものよりも速く進んでいます。

NGS シーケンスにより、各細菌のエニグマ コードを迅速に取得できる可能性があります。したがって、メンタリティの変化は急激です。 「リアルタイム PCR、顕微鏡法、培養などの従来の技術に比べて、我々が現在得ている大きな利点は、特定の菌株が持つとは考えていなかった耐性遺伝子など、予期せぬ発見を発見できることです」とこのバイオ起業家は説明します。

この技術を実際に応用するとどうなるでしょうか?患者が感染して病院に到着した場合、どの細菌株がその患者を攻撃したか、またどの抗生物質にすでに耐性があるかをすぐに知ることができます。 「それは個人に基づいた個別化医療ではなく、むしろ微生物に基づいたものになるでしょう」とゴメス・プエルタス氏は言う。 Digen-1Kプロジェクトを通じて、このスペインの企業はラパス大学病院と協力して、ICU の患者に NGS シーケンスを適用しています。

スペインのもう 1 つの主要な研究機関であるカルロス 3 世健康研究所も、この革新的なテクノロジーに取り組んでいます。バイオインフォマティクスユニットの責任者であるイザベル・クエスタ・デ・ラ・プラザ氏は、「NGSシーケンスは、患者の血液中にどのような細菌がいるのか、入手可能な抗生物質に耐性があるかどうか、または患者が持っている抗生物質に似ているかどうかを知るのに役立つ可能性があります。」忍耐強い。”このテクノロジーの登場により、医療センターのセキュリティレベルも向上します。 「その感染症が病院内で発生したのか病院外で発生したのかを知ることで、その微生物の起源が分かるでしょう」とゴメス・プエルタス氏は続ける。

NGS シーケンスはキュウリ危機を解決する鍵でした。このタイプのシーケンスの可能性は非常に大きいです。このことは、たとえば、キュ​​ウリ危機の際に実用化され、深刻な経済的側面を伴う問題にわずか数日で対応するのに役立ったことによって実証されています。 「NGS により、感染爆発の原因となった細菌の起源を特定することが可能になりました」とクエスタ氏は説明します。

カルロス 3 世保健研究所のバイオインフォマティクス部門は現在、** Global Microbial Identifierとして知られる先駆的な国際的取り組みに参加しています。このミッションの目的は、臨床、獣医学、または食品分野での大規模シーケンスの使用を促進することです。クエスタ氏によると、「このプロジェクトは、微生物学的警戒や疫学的監視の状況において迅速な対応を可能にする独自のデータベースを提供する」としている。

この技術はすでに米国の一部の主要病院で導入されていますが、大規模シーケンシングは臨床現場ではまだ日常的に使用されていません。 「おそらく 3 ～ 4 年以内に、私たちの病院でこの種の配列決定の結果が確認できるでしょう」と Cantón 氏は言います。コンピューティングは現在、チューリングの功績を受けておそらく最大の課題に直面しています。** 第二次世界大戦の終結から 70 年後、顕微鏡レベルでの戦いとの戦い。