2020 Fiscal Year Annual Research Report
ボトムアップジェネティクスによる大腸菌ゲノム相同組み換えのシステム解析
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19K16109
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
青木 航 京都大学, 農学研究科, 助教 (10722184)
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2019-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 合成生物学 / Bottom-up genetics / 人工細胞 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生物学的システムの再構成は、生命を理解する上で重要なマイルストーンである。なぜなら再構成によって、①生物学的システムが機能するための必要十分条件の決定、②ブラックボックスがない状態でのkinetics測定・モデル化・予測・検証が可能になるからである。しかし、再構成は一般に極めて難しい。スタンダードな手法では、還元的研究で同定された因子をin vitroでひとつずつ組み合わせて生物学的システムが機能するかどうかを検証する必要があり、スループットが低い。また、目的の反応が再構成できなかった場合、その原因の特定は極めて難しい。
そこで本研究では、任意の生物学的システムの再構成をハイスループットに達成可能とする新規方法論「ボトムアップジェネティクス」を提唱し、その実証として、大腸菌ゲノム相同組み換えや転写マシナリーの再構成に挑戦してきた。これまでの研究においてボトムアップジェネティクスの基盤を構築し、PURE system・蛍光レポーター・大腸菌全遺伝子ライブラリからランダムに分配された遺伝子を同時にliposomeに封入し、10^7の人工細胞ライブラリを構築することで、迅速にターゲットを再構成できる可能性を示唆した（Sci Rep 2014）。また、人工細胞内部での遺伝子発現量を自在に制御可能とするT7 promoterライブラリを構築した（PLOS ONE 2018）。さらに、遺伝子発現プロセスを精密にプロファイリング可能とするLC-MS/MSシステムを開発した（JBB, 2019; PLOS ONE, 2020）。これらの技術を応用して、大腸菌全遺伝子ライブラリを用いて人工細胞ライブラリを構築し、大腸菌転写マシナリーおよび相同組み換えの再構成を試みたところ、一部の人工細胞が蛍光を発し、ターゲットが再構成された可能性が示唆された。現在、必要十分条件の同定に向けて解析を進めている。
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