新型人工基因組 DNA 可以在細胞外復制和進化

東京大學的 Norikazu Ichihashi 教授和他的同事們首次成功地從 DNA 中誘導了基因表達，這是所有生命的特征，并首次使用無細胞材料(如核酸和蛋白質)在細胞外進行連續(xù)復制。

增殖和進化的能力是生物體的決定性特征之一。然而，還沒有制造出具有這些特性的人造材料。為了開發(fā)一個可以繁殖和進化的人工分子系統(tǒng)，DNA 中編碼的信息(基因)必須被翻譯成 RNA，蛋白質必須被表達，并且 DNA 與這些蛋白質的復制循環(huán)必須在細胞中持續(xù)很長時間。系統(tǒng)。迄今為止，還無法建立一個反應系統(tǒng)，在其中表達 DNA 復制所需的基因，而這些基因同時執(zhí)行其功能。

該小組成功地將基因翻譯成蛋白質，并通過使用帶有兩個 DNA 復制所需基因(人工基因組 DNA)和無細胞轉錄-翻譯系統(tǒng)的環(huán)狀 DNA 復制原始環(huán)狀 DNA 和翻譯后的蛋白質(1)。此外，他們還通過將這種 DNA 復制循環(huán)持續(xù)約 60 天，成功地將 DNA 改進為復制效率提高 10 倍的 DNA。

通過將轉錄和翻譯所需的基因添加到該小組開發(fā)的人工基因組 DNA 中，有可能開發(fā)出可以自主生長的人工細胞，只需向它們喂食氨基酸和核苷酸等低分子量化合物，未來。如果能夠制造出這樣的人工細胞，我們可以預期，目前使用生物體生產的有用物質(例如用于藥物開發(fā)和食品生產的物質)將變得更加穩(wěn)定和易于控制。

該研究由科學技術院戰(zhàn)略研究領域“大規(guī)模基因組合成與細胞編程”的“自再生人工基因組復制-轉錄-翻譯系統(tǒng)的開發(fā)”項目的研究負責人市橋紀和教授牽頭?；A研究項目 CREST(團隊類型)。在該研究領域，JST 旨在闡明與基因組結構和功能相關的基本原理，以創(chuàng)建使用細胞的平臺技術。

*(1) 無細胞轉錄和翻譯系統(tǒng)

一種反應溶液，包含從 DNA 編碼的基因轉錄 RNA 并在細胞外翻譯成蛋白質所需的所有因子。本研究使用重組的 PURE 系統(tǒng)(Shimizu et al. Nat Biotechnol. 2001)，該系統(tǒng)完全由純化的已知蛋白質和 RNA 組成。因此，該系統(tǒng)沒有未知元素。該系統(tǒng)由 Yoshihiro Shimizu(RIKEN 前沿生物科學中心)及其東京大學 Takuy??a Ueda 實驗室的同事開發(fā)。

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