日本立教大學理學研究科生命理學專業的山岸勇太博士生、末次正幸教授等人組成的研究團隊，設計並構建了一條53kb的長鏈人工基因組DNA，該DNA編碼了大腸桿菌型DNA複製（RCR）所需的全部26種蛋白質基因，將該長鏈人工基因組DNA引入無需細胞即可直接從DNA合成蛋白質的無細胞基因表達系統後，成功在試管內合成了DNA所編碼的複製蛋白群。相關研究成果已發表在期刊《Nucleic Acids Research》的網路版上。
圖1 本次構建的長鏈人工基因組DNA自我複製系統以及所驗證的穩定重複過程（供圖：立教大學）
製造人工細胞需要在DNA中插入大量基因，並建立該DNA通過基因表達實現自身複製的機制。但DNA越長，複製難度就越大，構建自我複製系統一直是一大難題。具體而言，要在單條DNA上表達並發揮大量基因的功能，基因的排列順序和表達平衡至關重要。特別是，如果部分必需蛋白質不足，整個複製反應就會停滯。
因此，研究團隊首先調查了哪些蛋白質容易不足。基於這一結果，通過改進長鏈人工基因組DNA的設計並重新調整反應條件，優化出能夠適當表達自我複製所需複製蛋白群的反應條件。
通過這一改進，研究證實，表達出的複製蛋白群能作用於原始的長鏈人工基因組DNA，促使DNA自身進行複製。此外，研究人員還將單次反應中增殖的長鏈人工基因組DNA轉移至新的反應液中，進行傳代反應使其再次進行自我複製，從而證實了自我複製能夠持續維持。
該結果表明，長鏈人工基因組DNA能夠在傳遞至下一輪反應的同時持續進行自我複製，這為利用編碼大量基因的人工基因組DNA構建具有多種蛋白質的人工細胞奠定了基礎。
目前的長鏈人工基因組DNA已搭載了大腸桿菌型DNA複製所需的基因群。今後，通過向該DNA中逐步添加負責轉錄、翻譯、代謝等功能的基因群，將有望分階段組合出人工細胞所需的功能。
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Nucleic Acids Research
論文：A self-replicating artificial module-genome that generates bacterial chromosome replication system in vitro
DOI：doi.org/10.1093/nar/gkag663
