[スポンサーリンク]

一般的な話題

反応探索にDNAナノテクノロジーが挑む

[スポンサーリンク]

 

 

流行りのDNAナノテクノロジーから、分かりやすそうで化学合成の観点から興味深いものをひとつ紹介します。

まったく新たな反応法の開発は、ほとんど偶然にもとづいていて、その内容もかたよっていました。例えば、全合成の何かを作る過程で、たまたま気づいた副反応が、やがてブレークスルーになる、などなど。しかし、「まさかその組み合わせで!?」のまさかを、もっと系統だった方法で探し出せないものでしょうか。

あふぅ……疲れるのとか好きじゃないから楽ちんな感じで反応が探索できたらいいなって思うな …… 

遺伝子操作をはじめ分子生物学勃興のいしずえを築いたDNAの活躍は、細胞から外へ出て、フラスコの中に場所を移してもまだまだ続いています。DNAコンピューターDNAオリガミをはじめ、DNAの化学性質にもとづく小さな小さな部品や構造は、化学合成しやすく使い勝手のよいDNAらしさを生かした工夫であふれています。

共有結合を交わさなくてもいい、水素結合を交わしてそばにいるだけでいい。そんなDNAは、配列にもとづいて相補な鎖を認識しあい、自律して対になっていきます。

 

分子内反応は分子間反応よりも起こりやすい

有機化合物の合成研究において、分子内反応は立体障害がなければ分子間反応よりも起きやすいことは、数ある鉄則のひとつと言ってもよいでしょう。互いに反応しあう原子団が近くに位置することが、この一因です。

同様に、DNAの鎖と鎖が水素結合を交わすことで、お互いの原子団が近づけば、期待通りに反応が進行しやすくなるはずです。そして、たとえ微量で反応を仕込んでも、ポリメラーゼ連鎖反応(polymerase chain reaction; PCR)で増幅が可能なDNAならば検出できます。これらが今回[1]紹介する反応探索法のキーポイントです。

 

舞台装置は、反応しそうな怪しい原子団配列を設計したDNAビオチンジスルフィドです。反応しそうな怪しい原子団は、アルキンとか、アルケンとか、ヨードベンゼンとか、フェニルホウ酸みたいなものが10数種類、試しに選ばれました。配列を設計したDNAは、どのDNA鎖にどの原子団をつけたのか区別できるように、そして期待する組と結合するように、デザインします。ビオチンは抽出の親和標識のために、ジスルフィドは還元剤を加えチオールに分解することで余計な部分を切り落とすためにかませてあり、反応した組のDNAと、反応しなかった組の DNAを分画できます。

 

GREEN0172.PNG

 

方法を順に説明すると、まず必要なものを化学合成します。そして、いろいろつけたDNAをごちゃまぜに混合します。そして、DNAが相補な鎖を認識して近づくような温度で反応させます。このとき、パラジウムなどの金属塩を加えて、いろいろな条件を試せます。反応後、還元剤を加えてジスルフィド結合を切断し、ビオチンを認識するアビジンという物質で反応生成物を釣ってきます。すると、反応した場合にのみDNAが手元に残ります。

微量しかない反応生成物をどうハイスループットに検出するかが、次のポイントとなります。ここで、登場するのが、従来は遺伝子産物の挙動を、ゲノムの遺伝子すべてを網羅して調べるために使われてきたDNAマイクロアレイのチップです。このチップは簡単に言うと、ガラス版にDNAオリゴヌクレオチド(断片)を印刷したものです。分画したサンプルDNAをポリメラーゼ連鎖反応(PCR)で増幅した後、このチップの上へ蛍光色素とともにハイブリダイズ(分子交雑・塩基対形成)させます。

 

GREEN0173.PNG

緑色が陽性・論文[1]より転載

 

そして、新たに見つかったアルキンアルケンの反応。スケールをあげて反応生成物を分析したところ、次のような反応が起こっていたようです。DNAがくっついていなくても、十分な条件が揃えばアルキンとアルケンの反応は進みます。条件を検討することで収率は90パーセント以上までいったそうです。

 

GREEN0174.PNG

アルキンとアルケンの反応で炭素間結合

このようにDNAで2つの原子団を近接させて反応を操る手法は、いろいろな方面に適用され、ユニークで新規な方法論として注目されています。例えば、大環状化合物のDNAで雛形化された化学合成[2]。あるいは、リボソームを模倣したDNAソーム(DNA based ribosome mimetic system; DNAsome)というシステムによる非標準アミノ酸ペプチドの化学合成[3]、などなど。

DNAだけが使えるテクニックで、まだまだ可能性は広がりそうです。共有結合のくびきでつながれなくてもいい、水素結合でそばにいるだけでいい。壊れるくらいに抱きしめて DNAが交わる先に、あなたは何色の未来を描きますか?

 

参考論文

  1. Reaction discovery enabled by DNA-templated synthesis and in vitro selection.” Matthew Kanan et al. Nature 2004 DOI: 10.1038/nature02920
  2. DNA-Templated Organic Synthesis and Selection of a Library of Macrocycles.” Zev J. Gartner et al. Science 2004 DOI: 10.1126/science.1102629
  3. Autonomous multistep organic synthesis in a single isothermal solution mediated by a DNA walker.” Yu He et al. Nature Nanotechnology 2010 DOI: 10.1038/nnano.2010.190

 

関連書籍

[amazonjs asin=”4000074938″ locale=”JP” title=”DNAロボット―生命のしかけで創る分子機械 (岩波科学ライブラリー)”][amazonjs asin=”4759810684″ locale=”JP” title=”人名反応に学ぶ有機合成戦略”]

 

Avatar photo

Green

投稿者の記事一覧

静岡で化学を教えています。よろしくお願いします。

関連記事

  1. 学会風景2001
  2. 第4回CSJ化学フェスタに参加してきました!
  3. マテリアルズ・インフォマティクスの基礎から実践技術まで学ぶワンス…
  4. 少量の塩基だけでアルコールとアルキンをつなぐ
  5. 喜多氏新作小説!『美少女教授・桐島統子の事件研究録』
  6. 【日産化学】画期的な生物活性を有する新規除草剤の開発  ~ジオキ…
  7. ヒバリマイシノンの全合成
  8. トシルヒドラゾンとボロン酸の還元的カップリング反応とその応用展開…

注目情報

ピックアップ記事

  1. 有機触媒 / Organocatalyst
  2. インタラクティブ物質科学・カデットプログラム第一回国際シンポジウム
  3. 硫黄の化学状態を高分解能で捉える計測技術を確立-リチウム硫黄電池の反応・劣化メカニズムの解明に期待-
  4. デルゴシチニブ(Delgocitinib)のはなし 日本発の非ステロイド系消炎外用薬について
  5. 創発型研究のススメー日本化学会「化学と工業:論説」より
  6. ヒドロアシル化界のドンによる巧妙なジアステレオ選択性制御
  7. ポンコツ博士の海外奮闘録XVIII ~博士,WBCを観る~
  8. オカモト株式会社茨城工場
  9. マテリアルズ・インフォマティクス適用のためのテーマ検討の進め方とは?
  10. 創薬化学―有機合成からのアプローチ

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2012年2月
 12345
6789101112
13141516171819
20212223242526
272829  

注目情報

最新記事

アクリルアミド類のanti-Michael型付加反応の開発ーPd触媒による反応中間体の安定性が鍵―

第622回のスポットライトリサーチは、東京理科大学大学院理学研究科(松田研究室)修士2年の茂呂 諒太…

エントロピーを表す記号はなぜSなのか

Tshozoです。エントロピーの後日談が8年経っても一向に進んでないのは私が熱力学に向いてないことの…

AI解析プラットフォーム Multi-Sigmaとは?

Multi-Sigmaは少ないデータからAIによる予測、要因分析、最適化まで解析可能なプラットフォー…

【11/20~22】第41回メディシナルケミストリーシンポジウム@京都

概要メディシナルケミストリーシンポジウムは、日本の創薬力の向上或いは関連研究分野…

有機電解合成のはなし ~アンモニア常温常圧合成のキー技術~

(出典:燃料アンモニアサプライチェーンの構築 | NEDO グリーンイノベーション基金)Ts…

光触媒でエステルを多電子還元する

第621回のスポットライトリサーチは、分子科学研究所 生命・錯体分子科学研究領域(魚住グループ)にて…

ケムステSlackが開設5周年を迎えました!

日本初の化学専用オープンコミュニティとして発足した「ケムステSlack」が、めで…

人事・DX推進のご担当者の方へ〜研究開発でDXを進めるには

開催日:2024/07/24 申込みはこちら■開催概要新たな技術が生まれ続けるVUCAな…

酵素を照らす新たな光!アミノ酸の酸化的クロスカップリング

酵素と可視光レドックス触媒を協働させる、アミノ酸の酸化的クロスカップリング反応が開発された。多様な非…

二元貴金属酸化物触媒によるC–H活性化: 分子状酸素を酸化剤とするアレーンとカルボン酸の酸化的カップリング

第620回のスポットライトリサーチは、横浜国立大学大学院工学研究院(本倉研究室)の長谷川 慎吾 助教…

実験器具・用品を試してみたシリーズ

スポットライトリサーチムービー

PAGE TOP