DNAに6文字を持つ最初の細菌がハッキングされて人工タンパク質が生成される

カリフォルニア（米国）のスクリップス研究所の科学者たちは、歴史上初めて作られた安定した半合成生物を使用して、自然界には存在しなかったタンパク質を生産しました。 Nature誌に掲載された記事で説明されているように、フロイド・ロメスバーグ率いるチームは、DNA に 2 つの追加の塩基または文字を持つ細菌をハッキングすることに成功しました。この進歩により、実験室で人工生命を作り出す可能性に少し近づくことができ、それによって新薬やバイオ燃料の開発が改善されるでしょう。

使用された微生物は大腸菌種に属しており、 DNAに 6 つの文字が含まれていることを除けば、自然界のこの種の細菌とまったく同じです。生物のゲノムには通常 4 つの塩基 (アデニン、シトシン、チミン、グアニン) がありますが、ロメスバーグのグループは 3 年前、同じく出版された研究で当時発表したように、2 つの文字を追加した安定な半合成微生物の開発に成功しました。自然雑誌。

自然界では、生物は DNA 内の 4 つの塩基の組み合わせを読み取り、まずRNAと呼ばれる 2 番目の分子を生成し、そこからタンパク質が生成されます。この遺伝子発現の流れは、史上初の半合成生物で変化しており、カリフォルニアの科学者が読み取り機構をハッキングして、合成要素を使って緑色蛍光タンパク質（GFP）を作ることに成功した。 『Nature』誌の研究で説明されているように、研究者らは、これらの人工文字を後から正しく解釈するために、遺伝暗号に追加の塩基を含めることが可能であることを示しました。

人工生命、もう少し近くに

「これは印象的な研究だ」と、合成生物学の分野で最も関連性の高い専門家の一人であるビクトル・デ・ロレンツォはニューロストリームに保証する。国立バイオテクノロジーセンター（CNB-CSIC）の研究者は、フロイド・ロメスバーグのチームが、DNA読み取り機構を後で適応させるために、遺伝暗号にさらなる基礎を築くことに成功したと説明している。目標は、半合成細菌自体がこれらの新しい文字を解釈して RNA に転写し、タンパク質に翻訳できるようにすることです。 「各ステップには奇妙な要素があります」とデ・ロレンソ氏はコメントし、科学者が遺伝子発現の流れの 3 つのポイントに影響を与えていることを強調しています。

「面白いのは、彼らが人工アミノ酸をコード化するために[DNAの]新しい文字を適応させたということです。その結果、最終的には部分的に人工のタンパク質が得られるのです」と彼は電話の向こうで語った。デ・ロレンツォ氏は、遺伝暗号の余分な塩基が実際に新しいタンパク質にもたらされたのはこれが初めてであることを強調している。これまでの研究では、自然界には存在しないタンパク質分子を生成することに成功していました。ただし、異なる点は、これまでのアプローチは DNA 自体に作用するのではなく、細胞の「解釈機械」に作用するということです。現在では、以前のように終止コドンを再割り当てする必要はなく、代わりに DNA 内に追加の文字を開発して、部分的に合成されたタンパク質を生成しています。

「非常に興味深い概念的な問題がいくつかあります。生命の分子は何らかの形で特別で、他の種類の分子とは異なるということは、長い間議論されてきました。これはしばしば宗教に基づいたものですが、生物学は複雑であるように見えるため、科学者の間でも依然として一般的です」そしてその進化が何十億年にもわたってそれらを適応させてきたということは、これが誤りである可能性があることを私たちは証明したのです」とフロイド・ロメスバーグ自身がニューロストリームに説明している。 「合成塩基は、おそらく最も基本的な生物学的プロセスである[遺伝]情報の保存と検索において機能します。合成塩基はまた、[DNA]の天然文字が結合する水素結合を使わずに機能します。この研究は示唆しています。遺伝的アルファベットが唯一の可能な解決策ではないが、関与するメカニズムや力もまたそうではない」と彼は電子メールで強調した。

実用的な観点から見ると、研究者は現在、合成アミノ酸と呼ばれる要素を含むタンパク質を製造できるようになり、それぞれの場合に目的の機能を持つ分子を設計するために使用できます。フロイド・ロメスバーグは、個別化薬の開発や、人工タンパク質を使用して自然界に存在しない新しい機能を自らに提供する半合成生物の生産を例に挙げています。

「私たちの現在の研究は、新たに利用可能なコドン（遺伝暗号が構成されているトリプレット）の数を増やすことに焦点を当てています。記事では2つについて述べているためですが、さらに152個の可能性があるかもしれません。合成生物を使用してデザインを製造することで、 Synthorx社（ロメスバーグ自身が設立した）との協力、そして最終的には、これらのアプローチを細菌よりも複雑な生物、酵母やヒトの細胞を含む真核細胞に適用することです」と彼は説明する。

完全人工DNAを持つ初の生命体へ

「これは最初のステップです」とビクトル・デ・ロレンツォ氏は続け、将来的には、生物に自然に見られるDNAとは何の関係もない、4つの合成文字を含む核酸の作成が研究で試みられる可能性があると指摘する。遺伝情報を伝える分子の化学組成が完全に変化すれば、さらに一歩前進する扉が開かれることになる。国立バイオテクノロジーセンターの科学者の言葉を借りれば、「進化論が発明したことのないことを行うための、非常に多大な人間の介入」と言えます。

このタイプの合成生物は、従来の生化学や分子遺伝学とはかなりかけ離れており、微生物が環境に放出されたという仮説の場合に、より大きな安全性を確保できるでしょう。ロレンツォ氏によれば、これらの未来の生命体は、確実な封じ込めを実現するのに役立つだろう。つまり、この生物が仮に環境中に逃げたとしても、環境に存在する生物と相互作用することはできないだろうという絶対的な確信を持つことができるだろう。自然環境の中で見つかります。それはあたかも誰かが中国語の本に出会ったかのようだが、その本を読んだり解釈したりする方法を知らなかったので、そこに含まれているメッセージが何であれ何の問題も引き起こさないだろう、と専門家はニューロストリームに語った。もう一歩で、間違いなく将来有望な学問である合成生物学が社会に受け入れられるようになるかもしれない。