| 研究課題/領域番号 |
22K14794
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分37030:ケミカルバイオロジー関連
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
古林 太郎 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特別研究員 (20902620)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2023年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2022年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
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| キーワード | 進化工学 / タンパク質工学 / 分子進化 / 指向性進化 / 無細胞翻訳 / 人工細胞 / ダーウィン進化 / DNA複製 / ケミカルバイオロジー |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、「進化ターゲットの酵素活性」を「進化ターゲットをコードしたDNAの自己複製」に変換する分子プログラム(DNA自己増幅ループ)をin vitroで実現し、従来のin vivo/vitroアプローチの長所を合わせ持つ分子進化システムの提案を行う。DNA自己増幅ループをwater-in-oilエマルションに封入した等温反応系により変異導入・機能発現・選択・増幅をワンポットで達成し、ボトルネックであったスクリーニング過程を排除するのみならず進化サイクルの各プロセスを統合し、進化の大幅な効率化を達成してin vitro指向性進化法を大きく進展させる。
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| 研究成果の概要 |
スクリーニング不要のin vitro超高速酵素進化系の実現を目指して研究を行った。ここで構築する進化系は、人工細胞の中で「進化ターゲット酵素の活性」を「酵素をコードした遺伝子(DNA)の自己増幅」へと変換するようなDNA自己増幅プログラムを備え、10億個ほどの微小な人工細胞(w/oエマルション)が超並列にDNA自己増幅競争を行うことで進化を実現する。
本研究では ①RNAポリメラーゼ活性をDNA複製量に変換する分子プログラム ②超並列フェムトリットルリアクター内でのDNA増幅プログラム の実現に成功した。これら基盤技術をもとにRNAポリメラーゼの進化実験を引き続き行っていく。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
指向性進化は自然の進化プロセスを実験室内で模倣し、有用な機能分子をエンジニアリングする強力な手法である。次世代の進化テクノロジであるin vitro分子進化法において、酵素など複雑な分子を改変する手法は高度な専門性・高額な機器を必要とする。また、進化サイクルを回すには人手と時間を要し、省力化・効率化が求められていた。
本研究では、DNA自己増幅プログラムによる半自動進化というアイデアをin vitro分子進化に持ち込み、困難なスクリーニング無しに高速進化を達成する新しい道筋を提示した。簡単かつ超高効率な分子進化法の実現は、非専門家も巻き込みバイオテクノロジーに大きなインパクトをもたらし得る。
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