2020 Fiscal Year Annual Research Report
生命に現在の20種類の標準アミノ酸は必要か:遺伝暗号改変による理工学アプローチ
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19H00985
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
木賀 大介 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (30376587)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
村田 昇 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (60242038)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | タンパク質 / 機械学習 / 遺伝暗号 / 合成生物学 / 進化分子工学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、申請者独自の遺伝暗号の改変を活かした合成生物学アプローチによって、生命を構成するために20種類のアミノ酸全てが必要か、という疑問を追求することにある。その過程では、これまで申請者が得意としてきた、タンパク質人工進化、および、数理モデルに基づく生体高分子システムの構築の経験が活かされる。本研究ではこの根源的な疑問に答えるため、生育に必要な代謝系が、特定のアミノ酸を含まない良いタンパク質群によって構成されている大腸菌を作成する。生命の根本を改変する理学は新たな工学も生む。本研究では理学追及と並行して、この技術を転用した開発も行う。
解糖系について、全てのステップについて、トリプトファンを持たずとも活性を持つ酵素群を揃えることができた。そのために、まずは、データベース中にはトリプトファンを持たない、または１個のみ持つ解糖系酵素があるため、これらを大腸菌で発現する配列として遺伝子合成した。合成したDNAを活用して、大腸菌の解糖系１酵素の欠損株の相補活性、または、精製酵素の試験管内活性について評価したが、数個の酵素については活性を見出すことはできなかった。その場合、対応する大腸菌の酵素は複数個のトリプトファンのみをもっていたが、これらを全て置換した結果、弱いながらも活性を見出すことができた。
また、最終年度に向けて、薬剤となるヌクレオチドアナログを、精製酵素を試験管内に組み合わせた連続反応で生産する系を構築した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
理学的には、生物のコアとなる代謝系について、遺伝暗号表の天然の進化の最終段階で加わったと考えられるトリプトファン抜きで全てのステップの反応が進行できることを示したことは、次年度以降に繋がる十分な成果である。
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| Strategy for Future Research Activity |
トリプトファンが無くとも活性がある酵素群で、十分な活性を持つ一揃えの代謝系を構築する。
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[Journal Article] Multicolor plate reader fluorescence calibration2022
Author(s)
Beal Jacob、Telmer Cheryl A、Vignoni Alejandro、Boada Yadira、Baldwin Geoff S、Hallett Liam、Lee Taeyang、Selvarajah Vinoo、Billerbeck Sonja、Brown Bradley、Cai Guo-nan、Cai Liang、Eisenstein Edward、Kiga Daisuke、Ross David、Alperovich Nina、Sprent Noah、Thompson Jaclyn、Young Eric M、Endy Drew、Haddock-Angelli Traci
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Journal Title
Synthetic Biology
Volume: 7
Pages: -
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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