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近年、ポリメレースを用いたmRNAワクチンや核酸医薬の合成が注目されている。ポリメレースを用いた合成では、化学合成よりも効率的に長鎖の核酸を合成できるが、その高い基質特異性が問題となる。mRNA医薬や核酸医薬は体内での分解を抑えるために人工的な修飾塩基を含むが、普通のポリメレースはこのような人工塩基をほとんど使うことができない。ポリメレースが高い基質特異性を持つ理由は、細胞内にある様々な代謝物のなかから正しい基質を使ってRNAやDNAを合成するために進化した結果だと考えられている。そこで本研究では、天然の細胞とは異なり代謝物をほとんど含まない“きれいな”人工細胞システム（再構成転写・翻訳系、DNA or RNA複製系、微小油中水滴を組み合わせたシステム）でポリメレースを人為進化させることにより、その活性を維持しながら基質特異性を下げる方法の確立を目指した。Phi29 DNAポリメレースとQbeta RNAポリメレースについてはこれに成功し、一部の非天然塩基の取り込み活性の向上した変異体を複数取得した。これらの変異体は、将来のポリメレースを使った医薬品開発に資すると期待される。また、当初の予測では、人工細胞システムで進化すれば非天然塩基の取り込み能は連続的に上昇すると考えていたが、実際には上がったり下がったりを繰り返すことが明らかとなった。今後は、どんな場合に上がり、どんな場合に下がるのかを明らかにすることが課題である。
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