9年前、遺伝学者クレイグ・ヴェンター率いるアメリカの科学者たちは、最初の遺伝子を作成したと発表した。
しかし、数年後、科学者たちはそれを認識しました細菌のゲノムは本当に根本的に変更されていません。それにもかかわらず、科学者たちの研究は、完全に編集されたDNAで生物を創り出すという遺伝学の新しい方向性の始まりを示しました。
大腸菌大腸菌
からの科学者プロジェクト GP-write - 彼らはすでに、パン酵母の 1 株のゲノムを構成する 16 染色体のうち 2 つの人工コピーを作成することに成功しています。しかし、マイコプラズマ ミコイデスの DNA には 108 万塩基対しか含まれておらず、酵母の染色体には 100 万未満の塩基対が含まれており、ケンブリッジにある英国医学研究評議会の分子生物学研究所で遺伝学者が研究した大腸菌には 400 万塩基が含まれています。
ジェイソン・チン博士率いる研究者大腸菌のこの400万塩基を37の断片に分解し、合成しました。結果として得られる標本は、自然の標本と似ていますが、より小規模な遺伝的ツールのおかげで生き残ります。
DNAとは何か、なぜそれを合成するのか
まず第一に、DNA とは何かを理解することが大切です。それはデオキシリボ核酸であり、人間およびすべての生物の遺伝物質です。
人体のほとんどすべての細胞には同じDNA。デオキシリボ核酸の大部分は細胞核内にあります（これは核DNAと呼ばれます）が、ミトコンドリア内には少量しか存在しません。
DNAの情報は、以下のコードで格納されています。4つの化学塩基のうち：アデニン（A）、グアニン（G）、シトシン（C）、およびチミン（T）。ヒトゲノムは約30億の塩基で構成されており、これらの塩基の99％以上はすべての人にとって同じです。アルファベットの文字が特定の順序で作成され、単語や文が形成されるように、それらの順序と順序によって、本体の作成方法と管理方法が決まります。
DNA塩基は互いに対を形成します -たとえば、A と T、C と G が塩基対と呼ばれる単位を形成します。各塩基は糖分子とリン酸分子にも結合します。塩基、糖、リン酸を合わせてヌクレオチドと呼びます。
ヌクレオチドは、二重らせんを形成する 2 本の長い鎖の形で配置されています。これが、私たちが DNA について考えることに慣れている方法です。
DNA
二重らせんの構造は少しはしごに似ています。塩基対が階段を形成し、糖とリン酸の分子が垂直の側面部分を形成します。
細胞に折り畳まれたDNAには説明書が含まれていますその機能に必要です。例えば、細胞が増殖するためにより多くのタンパク質を必要とするとき、それは所望のタンパク質をコードするDNAを読む。このような化合物はコドンと呼ばれ、3文字で書かれています - 例えば、TCGとTCA。
クラゲから人間まで、ほぼすべての生命体が、64個のコドンを使用します。しかし、それらの多くは同じ仕事をしたり、その機能を繰り返したりします。合計 61 個のコドンが 20 個の天然アミノ酸を構成しており、これらを糸のビーズのようにつなぎ合わせて自然界のあらゆるタンパク質を作り出すことができます。さらに 3 つのコドンは一種のブレーキとして機能し、タンパク質の準備が整い、タンパク質の生成を停止する必要があることを細胞に伝えます。
コドンはアミノ酸を決定するために使用され、彼らが生産するタンパク質の成分。たとえば、TCA はセリンを定義します。これは、「細胞培養液からこのアミノ酸を取り出し、細胞が作るタンパク質に結合させる」ことを意味します。 AAG はリジンを検出します。 TAAとは、成長するタンパク質へのアミノ酸の付加を停止することを意味します。ただし、AGT は、AGC、TCT、TCC、TCG と同様にセリンも意味します。もし自然が効率的であれば、20 個のアミノ酸に対して 20 個のコドンを使用し、さらに「停止」に 1 個を使用することになります。
研究者たちは、そのような最適化された生物を作成しようとしました。
遺伝学は正確に何をしたのか
ケンブリッジの科学者のグループは、その全体を研究しました。大腸菌株の遺伝暗号を解析し、すべてのコドンの機能を解析しました。次に研究者らは、セリンコドンをAGCに、各TCA（セリンも）をAGTに、そして各TAG（終止コドン）をTAAに置き換えた。
全体として、それらはEのDNAに貢献しました。 大腸菌18 214編集 - 結果として得られたゲノムは、これまで人工融合によって作成された最大のDNAブロックでした。紙の上では、編集されたゲノムの記録は、研究者たちが小説 『戦争と平和』のデジタルコピーの中の1つの非常に一般的な単語を置き換えることに決めたように見えます。
しかし、最も困難な仕事は集めることでした書き換えられたゲノムの化学コピーを作成し、元の生物の内部に交換します。この研究には2年ほどかかりました。それぞれの合成断片が元のコードに置き換わったとき、研究者たちはバクテリアが機能するか死ぬかを観察しました。
「再コーディングする方法はたくさんありますしかし、その多くには問題があり、細胞が死んでしまいます。たとえば、おそらく同義のコドンが異なる量のタンパク質を生成する可能性があり、場合によっては細胞を殺す予期せぬ特性を備えたタンパク質が生成されることもあります。」
ジェイソン・チン、研究の筆頭著者
研究者が記録スキームを発見これにより、アミノ酸の生成に61コドンではなく59コドンを使用し、このプロセスを停止させるために3コドンではなく2コドンを使用したにもかかわらず、元のコードを人工コードに置き換えて大腸菌を生き続けることが可能になりました。
このように、科学者は数を減らすことができました64から61までのコドン。これは新しい記録です - 今まで遺伝学者は64の代わりに63のコドンだけで生き残ることができた細菌Escherichia coliをつくり出すことに成功しました。
それは何につながりますか
編集ゲノム作成の主な目的 - コドンに20に加えて数百のアミノ酸のうちの1つを生成する能力を与える能力は、本来的に定められている。これにより、新しい酵素や他のタンパク質を合成することが可能になります。
「自然は私たちに限られた酵素を与えている。その特性は、チーズやフルーツジュースの製造からバイオ燃料の製造や生物学的試験におけるマーカーの検出まで、複雑な作業の実行に使用することを学びました。 Imperial College Londonの合成生物学の専門家であるStat Ellis氏は、次のように述べています。
これらの機会の中に新しいの創造があります食糧、産業のための新しい機会の出現、そして最も重要なのは、ウイルスに抵抗力がある細菌の作成。これにより、薬剤師はウイルスやバクテリアにもっと効果的に対処する薬を作ることができます。
科学者の発見がこうした機会を与えたのだろうか？いいえ。しかし、元の生物とは異なる機能を持つ生物のゲノムを完全に合成して作成する試みは大きく進歩した。
「彼らは合成ゲノミクスの分野をAliceは、これまでに作成された最大の合成ゲノムを首尾よく収集するだけでなく、最大の変更を加えることもできます。