DNA配列をまるまる書き換え「再設計」した生物が誕生

by geralt

ラボの中で化学合成されたDNA配列で根本的にゲノムを「再設計」された世界で初めての生物が誕生しました。

Total synthesis of Escherichia coli with a recoded genome | Nature
https://www.nature.com/articles/s41586-019-1192-5

Cambridge scientists create world’s first living organism with fully redesigned DNA | Science | The Guardian
https://www.theguardian.com/science/2019/may/15/cambridge-scientists-create-worlds-first-living-organism-with-fully-redesigned-dna

Researchers make their own E. coli genome, compress its genetic code | Ars Technica
https://arstechnica.com/science/2019/05/researchers-make-their-own-e-coli-genome-compress-its-genetic-code/

この生物とは、通常土の中や人の体の中で見つかる大腸菌のこと。再設計された大腸菌は自然環境の中で見つかる大腸菌と似ていますが、遺伝的指令が少なく、にも関わらず生き続けることが可能です。この研究により、生命は遺伝配列を制限しても生きることができると証明され、新薬開発に役立つ生物を作り出したり、ウイルス耐性を作り出したりすることの新しい道が開かれたと考えられています。

ケンブリッジ大学の研究者が2年かけて作り出した「人工ゲノム」はアデニン(A)・チミン(T)・グアニン(G)・シトシン(C)から構成される400万に及ぶ塩基対を持ち、A4用紙に印刷した場合は970ページもの情報量とのこと。研究に参加した合成生物学者のJason Chin氏は研究を行っている時の心境について「このような大規模なゲノムが作れるか、ゲノムを変えられるのかは全くわかりませんでした」と語っています。

生き物が体内でアミノ酸を作り出すためには、コドンという遺伝暗号で異なるアミノ酸の種類を指定する必要があります。コドンはATGCという4つのDNA塩基のうち3つの組みあわせ、たとえば「TCG」「TCA」のような形で、4×4×4の計64パターンを用いて20種類のアミノ酸を指定します。

by Sverdrup

20種類のアミノ酸を指定するのに64パターンの指令があるということは、1つのアミノ酸を指定するのに複数のコドンが使われるということ。そこで、研究者は大腸菌から余分なコドンを取り除くことで、大腸菌を再設計しました。たとえばTCGというコドンはセリンを指定するものですが、研究者はこれを同じセリンを意味するAGCに書きかえる作業を実施。1万8000もの編集のすえ、大腸菌のゲノムから計3つのコドンを取り除き、再設計された遺伝配列を化学的に合成、それを大腸菌が元から持っているゲノムと置き換えました。

この研究で生み出された合成生物は「Syn61」と呼ばれ、観察されたところ、通常の大腸菌よりもゆっくりと成長し長生きするといった違いがあるものの、問題なく生き永らえることができたそうです。

以下がSyn61。

この研究を受けてインペリアル・カレッジ・ロンドンの合成生物学者であるTom Ellis氏は「彼らは合成ゲノミクスの分野を新しいレベルにまで持っていきました。これまでで最大規模の合成ゲノムを作り出すことに成功しただけではなく、ゲノムに対して行われた配列変更も過去最大です」と語りました。

DNAが異なるということは、生物を侵そうとするウイルスがこれまで通りに広まることが難しくなることを意味します。このため、今回の研究結果はウイルス耐性効果を作り出すことに役立つ可能性があるとのこと。また大腸菌はインスリンの生成にも役立てられたり、がん治療・心臓病といった疾患の治療にも利用されたりしていることから、病気の治療への新しいアプローチとしても考えられています。

ただし、大腸菌やパン酵母のゲノムの配列変更を試みている研究者はケンブリッジ大学の他にも存在し、ハーバード大学も今回より多くの配列変更を行った細菌のゲノムを作り出そうとしているとのことです。