| 研究課題/領域番号 |
18K19309
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| 研究機関 | 早稲田大学 |
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研究代表者 |
木賀 大介 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (30376587)
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| 研究期間 (年度) |
2018-06-29 – 2022-03-31
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| キーワード | 合成生物学 / 遺伝暗号 / タンパク質進化 |
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は、遺伝暗号系におけるコドンとアミノ酸の対応関係の正確さを改変することにより、以下の2点を追及することにある。（１）生命がなぜ、遺伝物質としてのＤＮＡと機能物質としてのタンパク質の2種類の高分子の相互作用を活用するに至ったか、という点に対する考察。（２）タンパク質人工進化の効率化の工学的活用。
本研究おけるタンパク質の人工進化は、変異を導入した遺伝子に対して、tRNA変異体の添加によって合成の正確さを任意に低下させられるタンパク質合成反応によって行う。多数並列された個々の試験管が、それぞれ固有の一種類の配列のDNAを含む様式で準備される。このホモな配列からなるDNA分子集団から合成されるタンパク質は、本研究では、いずれかの残基に変異が導入されたヘテロな集団となる。このヘテロな集団としての活性を評価した人工進化の過程を観察、解析することで、まずは蛍光タンパク質、続いて酵素についての進化工学を行い、各種生命の初期段階での進化の普遍原理を解明することを目指した。
昨年度までに、遺伝子が指定する配列に対して、曖昧な（多義的な）翻訳を行うことにより人工進化が加速することを、タンパク質の人工進化を計算機上でモデル化した系について、組換えを取り込んだより一般的な手法を用いたシミュレーションを高速化していた。これを活用して、本年度より詳細な解析を行ったところ、残基間相互作用の粗密さに応じて、組換えが有効な場合と、エラーが有効な場合がわかれることが明らかになった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
進捗の遅れはコロナの状況によるものであり、続く実験は、確度高く進むことが期待される。
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| 今後の研究の推進方策 |
進化を加速させるためにはどのような移動平均暗号が最適か、ということについて現時点では不明であり、これを本研究で探索する必要がある。この探索には、遺伝暗号改変における柔軟性が重要になっている。この点に対応して本技術では、どのコドンに対してアラニン又はセリン、さらにはロイシンの混入を行うか、どの程度の混入割合になっているかという点について、柔軟性のある種々の移動平均暗号表の構築が可能になって探索範囲の拡張を行う適応度地形の複雑さが、移動平均と組換えそれぞれの効果にどのような影響を及ぼすかが、タンパク質の活性についての仮想的な評価関数を用いたシミュレーションで見えてきたため、実験にも反映する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
コロナ対応により生物実験の進展が遅れてしまった。次年度は、生物実験の量を拡大するため、消耗品代が多く必要となる計画である。
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