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細胞機能のモジュール化によるミニマムゲノム構築

研究課題

研究課題/領域番号 21F20381
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分外国
審査区分 小区分43040:生物物理学関連
研究機関東京大学

研究代表者

田端 和仁  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (50403001)

研究分担者 FAN CATHERINE  東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 外国人特別研究員
研究期間 (年度) 2021-04-28 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
2,400千円 (直接経費: 2,400千円)
2022年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
2021年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
キーワード人工細胞 / ゲノム複製 / リポソーム
研究開始時の研究の概要

The aim of synthetic biology is to apply engineering principles to biological systems with the hopes that biology can be understood, manipulated, predicted, and modelled. As synthetic biology was launched by computer scientists and electrical engineers as well as biologists, a parallel was drawn between genetic code and computer code, and so genomes were now perceived as something that could be ‘debugged’. Synthetic in this context is not intended to have the connotation of something artificial or a poor imitation, but rather an improvement on the original.

研究実績の概要

本研究の目的は、巨大DNA増幅系をリポソームに組み込むことで、人工細胞構築の課題を解決することであった。この14の酵素群からなるゲノムサイズの大型DNA増幅システムは、Replication Cycle ReactionまたはRCRと呼ばれ、我々の共同研究者である末次らによって開発されました。RCRはチューブ内で1MbpまでのDNAを増幅でき、10の10乗倍の複製を行い、低いエラー率(1サイクル当たり10の-8乗の塩基当たりエラーレート)を持っています。RCRはこれまで、チューブやバルクでの実験や、同僚の上野らによる油中水滴での実験に成功してきましたが、より細胞に近い環境での実証はまだ行われていませんでした。本研究プロジェクトでは、細胞膜に似た理想的なコンパートメントであるリポソーム中でDNA増幅を成功させました。リポソームはリン脂質二重膜で、免疫原性が低いため、医療への応用が期待されています。私は、リポソームでのRCR成功率を最適化するために、さまざまな条件を検討しました。例えば、大腸菌の膜を模倣するために、脂質の比率を変更しました。また、α-ヘモリシンと呼ばれるナノ孔で膜を修飾することも試みました。これにより、リポソームの外側からより多くの分子を通過させ、DNAとRCR成分を含む内腔にアクセスすることができるようになります。この戦略により、確かにリポソーム内のDNA収量は向上しました。しかし、DNAの収量は理論上の最大値には達しなかった。これは、dNTPやATPなどの追加リソースを供給することで改善できる可能性がある。

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書

URL: 

公開日: 2021-05-27   更新日: 2024-03-26  

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