利用人工DNA合成前所未有的蛋白質——美國加利福尼亞大學聖迭戈分校等機構在構成DNA的四種鹼基上，人工添加了2種新鹼基，並利用大腸桿菌的酶成功地使其克隆。到2050年前後，研究人員或許能利用人工合成的DNA和細胞等製造新物質，在不使用任何活體生物的情況下生產藥物和食品等。
東京大學正在開發一種可以使DNA和蛋白質等在試管内自主生成的系統（供圖：東京大學）
生物的設計圖——基因體由DNA構成。而DNA則由腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、鳥嘌呤（G）、胞嘧啶（C）這4種鹼基有規律地排列而成。以這種DNA爲基礎，構成生物體的蛋白質得以形成。
蛋白質的合成，首先要以DNA爲基礎生成mRNA。再依據mRNA的序列資訊，連接起細胞中的氨基酸形成蛋白質。如果人類能夠人工排列DNA鹼基製作人工DNA，那麼便可以隨心所欲地設計需要的蛋白質。
此次，研究團隊在DNA的4種鹼基之上追加了異鳥嘌呤（B）、假胞嘧啶（S）這2種鹼基，製造出了人工DNA。天然DNA由G和C、A和T透過氫鍵形成互補配對，構成雙螺旋結構。研究人員透過讓人工DNA與天然DNA具有相同的結構，使B和S形成配對並能被酶所識別。
■力爭擴展至12種鹼基
向試管中加入由6種鹼基構成的人工DNA和從大腸桿菌中提取的RNA聚合酶，便能夠像天然DNA那樣生成mRNA。以往的研究僅證實了使用經過改造的酶能夠生成mRNA，而本次的研究表明，利用與大腸桿菌使用的相同的酶，也能夠生成mRNA。加利福尼亞大學聖迭戈分校的Dong Wan博士指出：「這是人類首次證明，酶能夠像對自然界的四種鹼基一樣，識別和轉錄擴展的兩種鹼基」。
當使用的鹼基從4種增加到6種時，有望製作出更復雜的設計圖。如果研究人員能夠設計出獨特的蛋白質，便有可能促進冶癒藥物的開發。參加研究團隊的美國應用分子演化研究基金會的Steven Benner博士滿懷信心地表示：「我們希望最多能夠利用12種鹼基。」「如果我們能夠製造出與癌細胞結合的分子，就可以有選擇地向癌細胞投送藥物，或者切斷其某些遺傳分子」（Benner博士）。上述研究成果已發表在英國科學雜誌《Nature Communications》上。
■東京大學成功實施持續生產
即便能夠透過人工向試管中添加DNA等來構成某些物質，但要控制所需物質的種類和數量並進行連續生產還是很困難的。這是因爲天然的生物體中發生的現象非常複雜。東京大學的市橋伯一教授等人成功開發出了一種在試管内同時持續產生DNA和蛋白質的系統。爲了實施持續克隆，該系統連克隆所需的酶也會同時生成。
市橋教授首先在試管中添加了克隆DNA所需的酶和人工設計的DNA。這個DNA上寫入了酶的設計圖。透過試管中被克隆的DNA，能夠產生DNA克隆所需的20種酶。研究證實，利用這些酶，可以讓DNA再次被克隆，並在試管中實施連續生成四代DNA和蛋白質。
如果生命現象可以人工地、隨心所欲地設計和操作，那麼即使不使用生物體，也能夠製造藥物和食品等。市橋教授對此表達了期待：「也許未來經過人工調整並最適化的蛋白質構造，也能像工業產品那樣被批量製造出來。」
原文：下野谷涼子、《日經產業新聞》、2024/1/26
翻譯：JST客觀日本編輯部
