2016 Fiscal Year Research-status Report

生物多様性に悪影響をおよぼす生物を封じ込めるための強固な遺伝的プログラムの開発

Research Project

Project/Area Number	16K08121
Research Institution	National Agriculture and Food Research Organization
Principal Investigator	加藤祐輔国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 生物機能利用研究部門新産業開拓研究領域, 主席研究員 (60214409)
Project Period (FY)	2016-04-01 – 2019-03-31
Keywords	生物学的封じ込め / 合成生物学 / 発現系 / 非天然アミノ酸
Outline of Annual Research Achievements	「非天然アミノ酸がないと生きられないようにする遺伝回路」を用いた生物学的封じ込め法の技術的課題を克服し、より高い封じ込め性能を得ることを目的とした。本年度は、封じ込め遺伝回路の中枢である、遊離非天然アミノ酸で制御する翻訳スイッチの性能改善に集中して研究を実施した。これまで用いていた翻訳スイッチでは、非天然アミノ酸が存在しないときでも最大翻訳（最適な非天然アミノ酸存在時の翻訳）の数％から数十％の漏えい翻訳が認められ、エスケーパーの発生の原因のひとつと推測された。そこで、漏えい翻訳を抑制するため、翻訳スイッチの構成要素の発現自体を非天然アミノ酸依存性に替えて、正のフィードバック制御の遺伝回路を導入した。多数の異なる様式や強度のフィードバック回路をもつ変異翻訳スイッチを構築し、それらの性能をEGFPをレポーターとした検定系を用いて比較評価した。翻訳のスイッチング性能は、古細菌Methanocaldococcus jannaschiiのチロシルtRNAシンテターゼ系を用いた3-ヨウ化-L-チロシン導入系を用いた翻訳スイッチにおいて、正のフィードバック回路導入によって、翻訳オン/オフ比が著しく向上した。また、古細菌Methanosarcina mazeiのピロリジルtRNAシンテターゼ系を用いたZ-リジン導入系においても、同様の性能の改善が認められた。このような改善された翻訳スイッチを用いて、オリジナルの3-ヨウ化-L-チロシン導入系を用いた封じ込め系と比較したところ、エスケーパー発生率を大幅に抑制できることが明らかになった。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 平成28～29年度は、(1)エスケーパーを発生させない、(2)組換え遺伝子を伝播させない、の２点において、「非天然アミノ酸がないと生きられないようにする遺伝回路」を用いた生物学的封じ込め法の技術的課題を克服する計画である。本年度は、特に、封じ込め遺伝回路の中枢である、遊離非天然アミノ酸で制御する翻訳スイッチの性能改善について、重要なアイデアを検証し、有望な結果が得られたため、集中的に研究を行った。その結果、改良された翻訳スイッチを用いて、エスケーパーの発生率を大幅に下げることができた。
Strategy for Future Research Activity	当初の計画どおり、(1)エスケーパーを発生させない、(2)組換え遺伝子を伝播させない、の２点において、「非天然アミノ酸がないと生きられないようにする遺伝回路」を用いた生物学的封じ込め法の技術的課題の解決を試みる。本年度に成果が得られた翻訳スイッチの性能の改善を継続する。また、その他の対策についても、検証する。
Causes of Carryover	本年度～次年度において、生物学的封じ込め回路の性能改善を図る計画だが、本年度は複数ある改善のアイデアのうち、翻訳スイッチの改良について、特に有望な結果が得られたため、集中して研究を行った。そのため、他のアイデアに供する予定の経費の使用は、一部保留とした。
Expenditure Plan for Carryover Budget	保留していた研究計画に、当初の予定どおり、経費を使用する予定である。