| Project/Area Number |
22K14794
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 37030:Chemical biology-related
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
Furubayashi Taro 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特別研究員 (20902620)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
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| Keywords | 進化工学 / タンパク質工学 / 分子進化 / 指向性進化 / 無細胞翻訳 / 人工細胞 / ダーウィン進化 / DNA複製 / ケミカルバイオロジー |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、「進化ターゲットの酵素活性」を「進化ターゲットをコードしたDNAの自己複製」に変換する分子プログラム(DNA自己増幅ループ)をin vitroで実現し、従来のin vivo/vitroアプローチの長所を合わせ持つ分子進化システムの提案を行う。DNA自己増幅ループをwater-in-oilエマルションに封入した等温反応系により変異導入・機能発現・選択・増幅をワンポットで達成し、ボトルネックであったスクリーニング過程を排除するのみならず進化サイクルの各プロセスを統合し、進化の大幅な効率化を達成してin vitro指向性進化法を大きく進展させる。
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| Outline of Final Research Achievements |
We aimed to construct a screening-free and ultra-efficient in vitro enzyme evolution system. The evolution system developed here is equipped with a DNA self-amplification program that converts the "activity of target enzymes" into "self-amplification of enzyme-coding genes (DNA)" in artificial cells. Evolutionary optimization of the target enzyme occurs through massively parallel DNA self-amplification race among tiny artificial cells (w/o emulsion).
In this study, we achieved (1) Molecular program to convert RNA polymerase activity into DNA replication (2) DNA amplification in a massively parallel femtoliter reactors. Based on the basic technologies established here, we are going on to evolution experiments of an RNA polymerase.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
指向性進化は自然の進化プロセスを実験室内で模倣し、有用な機能分子をエンジニアリングする強力な手法である。次世代の進化テクノロジであるin vitro分子進化法において、酵素など複雑な分子を改変する手法は高度な専門性・高額な機器を必要とする。また、進化サイクルを回すには人手と時間を要し、省力化・効率化が求められていた。
本研究では、DNA自己増幅プログラムによる半自動進化というアイデアをin vitro分子進化に持ち込み、困難なスクリーニング無しに高速進化を達成する新しい道筋を提示した。簡単かつ超高効率な分子進化法の実現は、非専門家も巻き込みバイオテクノロジーに大きなインパクトをもたらし得る。
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