生物材料を用いた無細胞自己複製系のダイナミクス

• Project/Area Number: 07243211
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 四方 哲也 大阪大学, 工学部, 助手 (00222399)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): ト部 格 大阪大学, 工学部, 教授 (60029246)
• Project Period (FY): 1995
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1995)
• Budget Amount: ¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000); Fiscal Year 1995: ¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
• Keywords: 自己複製系 / DNA合成酵素 / DNA合成酵素遺伝子 / 利己性 / 淘汰 / 進化

Research Abstract

多種多様な生物が相互作用しながら新しい機能が生まれてくる進化や、細胞間の多様な結合によって起こる発生などは、生物学的創発の代表といえる。これを研究するのに、生物材料を用いた無細胞自己複製系を構築した。この系では、Thermus thermophilus DMA剛性酵素遺伝子から、試験管内でDNA合成酵素を合成し、その酵素を用いたPCR反応によってもとの遺伝子を複製し、次世代の遺伝子を合成するという一連のステップが一つのライフサイクルとなっている。この系を用いて、2種類の遺伝子間の競合における利己性の影響を検討した。2種類の遺伝子として、野生型と変異型を用いた。変異型遺伝子がコードしている酵素は、野生型の約60%の活性をもっている。利己性の度合い、遺伝子を複製する際に、何%自己由来の酵素を用いるかで決定した。つまり、野生型遺伝子を野生型酵素、変異型酵素とがx:(100-x)の割合で混合した酵素液を用いて複製し、変異型遺伝子を変異型酵素と野生型酵素をx:(100-x)で混合した酵素液で複製する系をx%利己性の系と定義した。100%利己的な系においては、変異型遺伝子は淘汰されて3世代目に消滅したが、利己性の度合が70%および30%の場合には、4世代目まで共存した。このことは遺伝子の表現型である酵素活性の大小だけでなく、利己性の度合、つまり、両遺伝子間の関係性も遺伝子間の生存競走に影響することを示しており、ダ-ウィン型進化は利己性の高い状態でないと起こらないことが示唆された。