新型人工基因組 DNA 可以在細(xì)胞外復(fù)制和進(jìn)化

東京大學(xué)的 Norikazu Ichihashi 教授和他的同事們首次成功地從 DNA 中誘導(dǎo)了基因表達(dá)，這是所有生命的特征，并首次使用無(wú)細(xì)胞材料(如核酸和蛋白質(zhì))在細(xì)胞外進(jìn)行連續(xù)復(fù)制。

增殖和進(jìn)化的能力是生物體的決定性特征之一。然而，還沒(méi)有制造出具有這些特性的人造材料。為了開(kāi)發(fā)一個(gè)可以繁殖和進(jìn)化的人工分子系統(tǒng)，DNA 中編碼的信息(基因)必須被翻譯成 RNA，蛋白質(zhì)必須被表達(dá)，并且 DNA 與這些蛋白質(zhì)的復(fù)制循環(huán)必須在細(xì)胞中持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間。系統(tǒng)。迄今為止，還無(wú)法建立一個(gè)反應(yīng)系統(tǒng)，在其中表達(dá) DNA 復(fù)制所需的基因，而這些基因同時(shí)執(zhí)行其功能。

該小組成功地將基因翻譯成蛋白質(zhì)，并通過(guò)使用帶有兩個(gè) DNA 復(fù)制所需基因(人工基因組 DNA)和無(wú)細(xì)胞轉(zhuǎn)錄-翻譯系統(tǒng)的環(huán)狀 DNA 復(fù)制原始環(huán)狀 DNA 和翻譯后的蛋白質(zhì)(1)。此外，他們還通過(guò)將這種 DNA 復(fù)制循環(huán)持續(xù)約 60 天，成功地將 DNA 改進(jìn)為復(fù)制效率提高 10 倍的 DNA。

通過(guò)將轉(zhuǎn)錄和翻譯所需的基因添加到該小組開(kāi)發(fā)的人工基因組 DNA 中，有可能開(kāi)發(fā)出可以自主生長(zhǎng)的人工細(xì)胞，只需向它們喂食氨基酸和核苷酸等低分子量化合物，未來(lái)。如果能夠制造出這樣的人工細(xì)胞，我們可以預(yù)期，目前使用生物體生產(chǎn)的有用物質(zhì)(例如用于藥物開(kāi)發(fā)和食品生產(chǎn)的物質(zhì))將變得更加穩(wěn)定和易于控制。

該研究由科學(xué)技術(shù)院戰(zhàn)略研究領(lǐng)域“大規(guī)?；蚪M合成與細(xì)胞編程”的“自再生人工基因組復(fù)制-轉(zhuǎn)錄-翻譯系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)”項(xiàng)目的研究負(fù)責(zé)人市橋紀(jì)和教授牽頭?；A(chǔ)研究項(xiàng)目 CREST(團(tuán)隊(duì)類(lèi)型)。在該研究領(lǐng)域，JST 旨在闡明與基因組結(jié)構(gòu)和功能相關(guān)的基本原理，以創(chuàng)建使用細(xì)胞的平臺(tái)技術(shù)。

*(1) 無(wú)細(xì)胞轉(zhuǎn)錄和翻譯系統(tǒng)

一種反應(yīng)溶液，包含從 DNA 編碼的基因轉(zhuǎn)錄 RNA 并在細(xì)胞外翻譯成蛋白質(zhì)所需的所有因子。本研究使用重組的 PURE 系統(tǒng)(Shimizu et al. Nat Biotechnol. 2001)，該系統(tǒng)完全由純化的已知蛋白質(zhì)和 RNA 組成。因此，該系統(tǒng)沒(méi)有未知元素。該系統(tǒng)由 Yoshihiro Shimizu(RIKEN 前沿生物科學(xué)中心)及其東京大學(xué) Takuy??a Ueda 實(shí)驗(yàn)室的同事開(kāi)發(fā)。

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