分子生物学の英国医学研究評議会研究所の研究者は、完全に人為的なDNAをもつ大腸菌を成功裏に作成し、合成生物学の急成長分野でのマイルストーンをマークし、いわゆる「デザイナー」細菌に基づいた将来の革新への道を開きました。
Nature誌に掲載された新しい研究によると、合成ゲノムはその種の中で最大です。 2年間の研究キャンペーンの結果、再設計されたDNAは400万のセグメントで構成され、以前の記録保持者の4倍になりました。 おそらく最も印象的なのは、ほとんどすべての生き物に見られる64個とは対照的に、バクテリアには61個のコドンしか含まれていないことです。 このように見える格差にもかかわらず、合成細菌は通常の大腸菌と同じように機能するようです。 The New York TimesのCarl Zimmerが報告しているように、主な違いは成長速度が遅いことと長さが長いことです。
ケンブリッジ大学の生物学者であるジェイソンチン研究員は、 ガーディアンのイアンサンプルに次のように語っています。
しかし、インペリアルカレッジロンドンの合成生物学センターのディレクターであり、研究のレビューアーであるトムエリスがギズモードのライアンマンデルバウムに説明するように、チームの努力は最終的に現場の「ツアーデフォース」に至りました。 、構築し、400万塩基対の合成ゲノムが機能することを示しました」とエリスは言います。 「これまでに誰もやったことのないことです。」
ゲノムを「再コード化」するために、科学者はすべての生物を動かす64コドン、またはアデニン、チミン、シトシン、グアニンの略であるDNA分子A、T、C、Gの3文字の組み合わせを操作する必要があります。 コドンの3つの位置のそれぞれが4つの分子のいずれかを保持できるため、合計64の可能な組み合わせ（4 x 4 x 4）があります。 これらの組み合わせは、特定のアミノ酸、または生命に必要なタンパク質を構築する有機化合物に対応しています。 たとえば、TCAはアミノ酸セリンと一致しますが、AAGはリジンを指定します。 TAAはある種の一時停止標識として機能し、生物に発生中のタンパク質へのアミノ酸の追加を停止するように信号を送ります、STATのシャロン・ベグリーは説明します。
このすでに複雑なプロセスには別のキャッチがあります。遺伝コードに関連付けられているアミノ酸は20個しかないため、1つの酸に複数のコドンが対応する可能性があります。 たとえば、セリンはTCAだけでなく、AGT、AGC、TCT、TCC、TCGとリンクしています。 ジョン・ティマーが書いているように Ars Technicaは、コドン数とアミノ酸数の不一致により、43個のコドンはほとんど無関係になります。 細胞はこれらの追加セットをストップコード、規制ツール、および特定のタンパク質のコード化に向けたより効率的な経路として使用しますが、多くは冗長であるという事実が残っています。
これらの余分なコドンがどれだけ冗長であるかを判断するには、広範な試行錯誤が必要でした。 ChinはBegleyに次のように語っています。「ゲノムを再コード化する方法はたくさんありますが、問題の多くは問題です。細胞は死にます。」
成功した合成ゲノムを作成するために、Chinと彼の同僚は、セリンコドンTCGとTCAのすべてのインスタンスをそれぞれAGCとAGTに置き換えました。 また、チームはすべてのTAGコドンをTAAに置き換え、ストップを通知しました。 最終的に、 The New York TimesのZimmerは、再コード化されたDNAは4つではなく4つのセリンコドンを使用し、3つではなく2つの停止コドンを使用したと述べています。 幸いなことに、科学者は手作業でこの作業を完了する必要はありませんでした。 代わりに、 大腸菌コードを巨大なテキストファイルのように扱い、検索と置換機能を実行することにより、18, 214個の置換を行いました。
この合成DNAを細菌に移すことは、より困難な作業であることが判明しました。 ゲノムの長さと複雑さを考えると、チームは一度の試みでそれを細胞に導入することができませんでした。 代わりに、科学者は段階的に作業に取り組み、苦労してゲノムを細かく分割し、少しずつ生菌に移植しました。
Chin氏は、 MIT Technology ReviewのAntonio Regaladoのインタビューで、研究者の業績は2つあります。 再設計されたゲノムは「技術的成果」であるだけでなく、「生物学と遺伝コードが実際にどれだけ順応性があるかについての基本的なことも教えてくれます。」
Guardianのサンプルによると、この研究は科学者がバイオ医薬品産業で使用するためのウイルス耐性細菌を作成するのに役立つ可能性があります。 大腸菌はすでに、癌、多発性硬化症、心臓発作、眼疾患を治療するインスリンおよび医療用化合物の製造に使用されていますが、特定のウイルスに対する非合成DNAの感受性により、生産が容易に停止する可能性があります。
この研究のもう1つの重要な意味は、アミノ酸に集中しています。 BBC News 'Roland Peaseが書いているように、 大腸菌ゲノムが64の可能性のあるコドンのうち61を使用すると、再プログラミングのために3つが開かれ、以前は不可能だった機能を実行できる「不自然なビルディングブロック」の扉が開かれます。
新しい研究に関与していなかったハーバード医科大学の合成生物学者であるフィン・スターリングは、ツィマーと話して、「理論的には、何でも再コード化できる」と結論付けています。
