遺伝暗号における正確さの向上と低下がもたらす進化上のトレードオフの理解と活用

• 研究課題/領域番号: 18K19309
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分43:分子レベルから細胞レベルの生物学およびその関連分野
• 研究機関: 早稲田大学
• 研究代表者: 木賀 大介 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (30376587)
• 研究期間 (年度): 2018-06-29 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円); 2019年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円); 2018年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
• キーワード: 合成生物学 / 遺伝暗号 / タンパク質進化

研究成果の概要

本研究の目的は、コドンとアミノ酸の対応の正確さを改変したタンパク質合成系を試験管内に構築し、その合成系に基づく人工進化結果を計算機実験で一般化することである。タンパク質合成の正確さが低いことが、(A)アミノ酸置換の結果として活性が低くなった分子も合成してしまうという、想像にたやすい欠点だけでなく、(B)進化が局所解に囚われてしまうリスクを低減することで進化過程を効率化できる、という意外な利点を併せ持つ、ことを明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

直感的に感じられる、遺伝子発現ステップのうちのタンパク質合成におけるエラーは生物にとっての負の側面しかない、という視点が誤りである、ということを示した学術的意義は大きい。社会的意義としても、いろいろ試した際に間違いが次のチャレンジの向上につながる、という視点は興味深い。

研究成果

• [雑誌論文] 遺伝暗号改変を活用した人工進化からみるmagic20の意味 (2021)
  • 著者名/発表者名: 木賀大介
  • 雑誌名: 生化学 巻: 93 ページ: 0-0
• [雑誌論文] RNA World (2019)
  • 著者名/発表者名: Ayukawa Shotaro、Enomoto Toshihiko、Kiga Daisuke
  • 雑誌名: Astrobiology (ed : Yamagishi, Akihiko, Kakegawa, Takeshi, Usui, Tomohiro) ISBN 978-981-13-3639-3内 巻: . ページ: 77-90
  • DOI: 10.1007/978-981-13-3639-3_6
  • ISBN: 9789811336386, 9789811336393
  • 査読あり
• [雑誌論文] A highly bioactive Lys-deficient IFN leads to a site-specific di-PEGylated IFN with equivalent bioactivity to that of unmodified IFN-α2b (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Imada, K. Moriya, M. Uchiyama, M. Hitotsuyanagi, A. Masuda, S. Ayukawa, Y. Tagawa, N. Dohmae, M. Yamamura, D. Kiga
  • 雑誌名: ACS Synthetic Biology 巻: 7 号: 11 ページ: 2537-2546
  • DOI: 10.1021/acssynbio.8b00188
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Escherichia coli expression, purification, and refolding of human folate receptor α (hFRα) and β (hFRβ) (2018)
  • 著者名/発表者名: Dharmatti Roopa、Miyatake Hideyuki、Zhang Chen、Ren Xueli、Yumoto Akiko、Kiga Daisuke、Yamamura Masayuki、Ito Yoshihiro
  • 雑誌名: Protein Expression and Purification 巻: 印刷中 ページ: 17-22
  • DOI: 10.1016/j.pep.2018.04.006
  • 査読あり
• [学会発表] Trpを持たない酵素群によって構成される解糖系の構築に向けた活性測定 (2022)
  • 著者名/発表者名: 高木有隣 橋本真奈 西田暁史 柘植謙爾 木賀大介
  • 学会等名: 生物物理学会関東支部会
• [学会発表] ありえた生命のかたちの設計と実装をDXする (2022)
  • 著者名/発表者名: 木賀大介 宮崎和光 山村雅幸
  • 学会等名: ラボオートメーション研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 合成生物学とバイオセキュリティ (2022)
  • 著者名/発表者名: 木賀大介
  • 学会等名: バイオエコノミーの現状 セミナー（シリーズ） 応用編
  • 招待講演
• [学会発表] 合成生物学に期待される役割 (2021)
  • 著者名/発表者名: 木賀大介
  • 学会等名: 生命倫理学会
  • 招待講演
• [学会発表] 満冨健太、木賀大介 (2021)
  • 著者名/発表者名: 組換えと翻訳エラーの併用が進化の局所解トラップを緩和することの計算機実験による検証
  • 学会等名: 生物物理学会関東支部会
• [学会発表] 木賀大介 (2020)
  • 著者名/発表者名: アミノ酸の種類や忠実度を変化させた遺伝暗号を活用した人工進化で可能になること
  • 学会等名: 日本生化学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] 木賀大介 (2020)
  • 著者名/発表者名: ありえた・ありえる細胞たちをつくる
  • 学会等名: 「細胞を創る」研究会年会
  • 招待講演
• [学会発表] 意図的に翻訳エラーを増大させることによる進化の加速 (2019)
  • 著者名/発表者名: 榎本 利彦 、○木賀 大介
  • 学会等名: 蛋白質科学会
• [学会発表] 遺伝暗号の改変による調節可能な翻訳エラーが適応度地形の局所解へのトラップを回避する (2019)
  • 著者名/発表者名: 榎本 利彦 、○木賀 大介
  • 学会等名: 日本進化学会
• [学会発表] 適切な翻訳エラーは進化が局所解で止まってしまわないようにする (2019)
  • 著者名/発表者名: 榎本 利彦 、○木賀 大介
  • 学会等名: 「細胞を創る」研究会
• [学会発表] 木賀 大介 (2019)
  • 著者名/発表者名: 種々の遺伝暗号それぞれが発揮できるより広い機能性生体高分子の進化戦略
  • 学会等名: 分子生物学会
• [学会発表] 限定されたアミノ酸セットからなる『単純化遺伝暗号』による人工進化 (2019)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Kiga
  • 学会等名: アストロバイオロジーセンター・サテライト研究シンポジウム「深海底から宇宙へ、過去から未来へ、分子から社会へ」
• [学会発表] Novel Directed Evolution Using Engineered Genetic Code (2019)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Kiga
  • 学会等名: 5th Core-to-Core International Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Transition from low fidelity gene expression to high fidelity (2018)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Kiga
  • 学会等名: Puzzles and Solutions in Astrobiology
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 1コドンに2種類のアミノ酸が割り当てられる遺伝暗号表の構築と特性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 榎本 利彦, 鮎川 翔太郎, ○木賀 大介
  • 学会等名: 生化学会関東支部会
• [学会発表] Biological containment through engineering of genetic code (2018)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Kiga
  • 学会等名: 生物物理学会
• [学会発表] Programmable misincorporation of amino acids increases probability of protein evolution (2018)
  • 著者名/発表者名: Toshihiko Enomoto and *Daisuke Kiga
  • 学会等名: 27th tRNA conferance
  • 国際学会
• [学会発表] Directed Evolution under genetic codes with reduced-size alphabet (2018)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Kiga
  • 学会等名: First Asian Synthetic Biology Association
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ワークショップ「現在の生命に普遍な４塩基２０アミノ酸の制約から外れた進化を探る」オーガナイズ (2018)
  • 著者名/発表者名: 木賀大介 赤沼哲史
  • 学会等名: 分子生物学会
• [図書] 合成生物学は社会に何をもたらすか (2022)
  • 著者名/発表者名: 島薗 進/四ノ宮 成祥【編著】/木賀 大介/須田 桃子/原山 優子【著】
  • 総ページ数: 182
  • 出版者: 専修大学出版局
  • ISBN: 4881253700
• [備考] NHK 高校 生物基礎 第1回 「生物の特徴」出演
  • URL: https://www.nhk.or.jp/kokokoza/tv/seibutsukiso/archive/chapter001.html