細胞外で複製し進化する人工ゲノムＤＮＡを開発

～自律的に増殖し進化する人工細胞の構築に期待～

＜ポイント＞

• 生物はゲノムＤＮＡに書かれている情報を使ってＤＮＡを複製し進化することができるが、この能力を持つ人工物はいまだ作られていない。
• 本研究では、人工ゲノムＤＮＡと無細胞転写翻訳系を用いることで、細胞外で遺伝子を発現させながら複製するＤＮＡを世界で初めて進化させることに成功した。
• この人工ゲノムＤＮＡに遺伝子を追加することにより、将来的には自律的に増殖可能な人工細胞の構築が可能となり、効率的な有用物質生産に貢献すると期待される。

　ＪＳＴ 戦略的創造研究推進事業において、東京大学 大学院総合文化研究科 広域科学専攻・附属先進科学研究機構／生物普遍性連携研究機構の市橋 伯一 教授らは、核酸やたんぱく質といった無生物材料のみを用いて、生物の特徴であるＤＮＡからの遺伝子発現と持続的な複製による進化を細胞外で行うことに世界で初めて成功しました。

　増えることと進化することは生物の大きな特徴ですが、この特徴を持つ人工物はいまだに作られていませんでした。本研究グループは、ＤＮＡ複製に必要な２つの遺伝子を持つ環状ＤＮＡ（人工ゲノムＤＮＡ）と無細胞転写翻訳系を用いることで、遺伝子がたんぱく質へと翻訳され、その翻訳されたたんぱく質によって元の環状ＤＮＡを複製させることに成功しました。さらにこのＤＮＡ複製サイクルを約６０日間続けることで、複製効率が約１０倍上昇したＤＮＡに進化させることに成功しました。

　今回開発した人工ゲノムＤＮＡに転写翻訳に必要な遺伝子を追加していけば、将来的にはアミノ酸や塩基などの低分子化合物を与えるだけで自律的に増殖する人工細胞へと発展させることができます。そのような人工細胞ができれば、現在行われている医薬品開発や食料生産のような生物を使った有用物質生産がより安定で制御しやすいものになると期待できます。

　本研究成果は、２０２１年１１月１６日（米国東部時間）に米国科学誌「ＡＣＳ Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ｂｉｏｌｏｇｙ」のオンライン版で公開されました。
本成果は、以下の事業・研究領域・研究課題によって得られました。

戦略的創造研究推進事業 チーム型研究（ＣＲＥＳＴ）
研究領域
「ゲノムスケールのＤＮＡ設計・合成による細胞制御技術の創出」
（研究総括：塩見 春彦 慶應義塾大学 医学部 教授）
研究課題名
「自己再生産し進化する人工ゲノム複製・転写・翻訳システムの開発」
研究代表者
市橋 伯一（東京大学 大学院総合文化研究科 教授）
研究期間
令和２年１１月～令和８年３月
ＪＳＴはこの領域で、ゲノムの動作原理の解明と細胞利用の基盤技術の創出を目指す。
上記研究課題では、自己再生産しながら複製し進化する人工ゲノムＤＮＡの開発を目指す。

＜プレスリリース資料＞
本文　ＰＤＦ（６０７ＫＢ）

＜論文タイトル＞
“Continuous cell-free replication and evolution of artificial genomic DNA in a compartmentalized gene expression system”
ＤＯＩ：10.1021/acssynbio.1c00430

＜お問い合わせ先＞
＜研究に関すること＞
市橋 伯一（イチハシ ノリカズ）
東京大学 大学院総合文化研究科 教授
〒153-8505　東京都目黒区駒場４－６－１ Ｔ棟 ３０３
E-mail：ichihashi bio.c.u-tokyo.ac.jp

＜ＪＳＴ事業に関すること＞
保田 睦子（ヤスダ ムツコ）
科学技術振興機構 戦略研究推進部 ライフイノベーショングループ
〒102-0076 東京都千代田区五番町７ Ｋ’s五番町
Tel：03-3512-3524　Fax：03-3222-2064
E-mail：crest jst.go.jp

＜報道担当＞
科学技術振興機構 広報課
〒102-8666 東京都千代田区四番町５番地３
Tel：03-5214-8404　Fax：03-5214-8432
E-mail：jstkoho jst.go.jp

東京大学 教養学部等総務課 広報・情報企画チーム
〒153-8902 東京都目黒区駒場３－８－１
Tel：03-5454-6306
E-mail：koho-jyoho.c gs.mail.u-tokyo.ac.jp

＜英文（English）＞
“Novel artificial genomic DNA can replicate and evolve outside the cell”