[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

DNAに人工塩基対を組み入れる

[スポンサーリンク]

地球上の生命体が遺伝物質としてDNAを使っていること、またその遺伝情報はアデニン(A)、チミン(T)、グアニン(G)、シトシン(C)という僅か4種類の塩基でコードされることは、よく知られた事実です。

このシンプルな遺伝暗号が生み出す20種類のアミノ酸配列(タンパク質)が多種多様な生物機能を担っているわけで、生命の神秘には感動を覚えるほかありません。

しかし現代の化学者は飽くなき野望から、その神秘すら制御しようと考えています。

DNA/RNAに人工塩基対を組み込むアプローチはその一つです。

核酸機能の人工的拡張を目指して

人工塩基対(ここではATCGとは全く骨格の異なるものを指します)の開発研究は、生化学者Alexander Richが1962年に提唱した以下の仮説に端を発しています。

「DNAの塩基の種類を増やすことができれば、DNAの情報や機能を拡張できるはずだ」

仮に第5と第6の人工塩基対をDNAに導入することができれば、伝達パターン(3塩基対コドン)は従来の64通り(4x4x4)から216通り(6x6x6)にまで拡張されます。この拡張コドンに多数の人工アミノ酸を割り当てられれば、新しい人工タンパク質創製にも応用できるはず。またそのようなDNA・RNA自体にも、天然にはない新機能を持たせることができるはず。まさに応用性は無限です。

有機合成で作り上げた人工塩基対をDNAに組み込む研究自体は、実は多く知られています。

例えば東大理学部の塩谷光彦教授は、金属錯体キレートで塩基対を結びつけるアイデアの元、金属原子をDNAに精密配列させる手法を開発しました[1]。新たなナノマテリアル創製を見据えた化学として大変興味深い研究例です。

artificialBP_2.jpg

(画像は文献[1]より引用)

精度良い複製がとにかく大変!

とはいえ塩基対を組む分子を見つけること自体は、実はそこまで難しい話ではありません。人工塩基対のポテンシャルを最大限に活かしつつ、生命化学への応用を考えるならば、避けては通れない大きなハードルは他にあるのです。

それは人工DNAがポリメラーゼで精度高く転写(複製)されなくてはならないということです。

至極当たり前のようでありながら、これを実現しうる人工塩基の開発は並大抵の仕事ではありません。相性問題のために生命システムを上手く活用できないという、人工物に常につきまとう根源とも関わるからです。

生命システムへの応用を視野に入れるには、たいへんな高精度でお互いを見分ける選択性が求められます。なにせ天然DNAの転写エラーは僅かに1/10000 (エラー訂正機能を加味した複製過程ではなんと1/109!)という正確さです。

人工系でこれほどの選択性を為しとげる策はきわめて乏しいものでした。ただただ構造微調整という試行錯誤を繰り返す、泥臭い苦難の先にある世界といえるでしょう。

A-T・C-Gペアの構造を精査することで、「生命系が複製可能な塩基対となるには、どういう特性が重要か」という問題についての洞察がかねてより持たれています。これまでに開発されたPCR複製可能な塩基対の例を以下に示しておきます[2]。水素結合は必ずしも重要ではなく、塩基対同士の形状フィッティング、双極子モーメント、塩基対のスタッキングなどが重要な特性ということが分かってきました。

artificialBP_1.gif

そして長年にわたる格闘のすえ、ついにこの難問を解決した事例、すなわちポリメラーゼによる超高精度複製を行える人工DNA塩基対(Ds-Px:>99.9%/サイクル)が開発されるに至ったのです。

次回はこの応用例を一つ紹介してみたいと思います。

関連文献

  1.  “Programmable self-assembly of metal ions inside artificial DNA duplexes” Shionoya, M. et al. Nat. Nanotech. 2006, 1, 190. doi:10.1038/nnano.2006.141
  2. 「人工塩基対の分子設計」, 平尾一郎、TCIメール [PDF]

関連書籍

[amazonjs asin=”4062574721″ locale=”JP” title=”DNA (上)―二重らせんの発見からヒトゲノム計画まで (ブルーバックス)”][amazonjs asin=”0849314267″ locale=”JP” title=”Artificial DNA: Methods and Applications”]

Avatar photo

cosine

投稿者の記事一覧

博士(薬学)。Chem-Station副代表。国立大学教員→国研研究員にクラスチェンジ。専門は有機合成化学、触媒化学、医薬化学、ペプチド/タンパク質化学。
関心ある学問領域は三つ。すなわち、世界を創造する化学、世界を拡張させる情報科学、世界を世界たらしめる認知科学。
素晴らしければ何でも良い。どうでも良いことは心底どうでも良い。興味・趣味は様々だが、そのほとんどがメジャー地位を獲得してなさそうなのは仕様。

関連記事

  1. 有機合成化学協会誌2021年6月号:SGLT2阻害薬・シクロペン…
  2. 中学入試における化学を調べてみた
  3. 第95回日本化学会付設展示会ケムステキャンペーン!Part II…
  4. 外部の大学院に進学するメリット3選
  5. 太陽電池を1から作ろう:色素増感太陽電池 実験キット
  6. シリカゲルの小ネタを集めてみた
  7. 第96回日本化学会付設展示会ケムステキャンペーン!Part I
  8. アメリカで Ph.D. を取る -Visiting Weeken…

注目情報

ピックアップ記事

  1. 眼精疲労、糖尿病の合併症に効くブルーベリー
  2. 香料化学 – におい分子が作るかおりの世界
  3. 「野依フォーラム若手育成塾」とは!?
  4. 単結合を極める
  5. Imaging MS イメージングマス
  6. 有機合成化学協会誌2017年7月号:有機ヘテロ化合物・タンパク質作用面認識分子・Lossen転位・複素環合成
  7. 研究内容を「ダンス」で表現するコンテスト Dance Your Ph.D.
  8. 第2回慶應有機合成化学若手シンポジウム
  9. CFDで移動現象論111例題 – Ansys Fluentによる計算解法 –
  10. バートン ヨウ化ビニル合成 Barton Vinyl Iodide Synthesis

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2014年2月
 12
3456789
10111213141516
17181920212223
2425262728  

注目情報

最新記事

MDSのはなし 骨髄異形成症候群とそのお薬の開発状況 その1

Tshozoです。今回はかなり限定した疾患とそれに対するお薬の開発の中身をまとめておこうと思いま…

第42回メディシナルケミストリーシンポジウム

テーマAI×創薬 無限能可能性!? ノーベル賞研究が拓く創薬の未来を探る…

山口 潤一郎 Junichiro Yamaguchi

山口潤一郎(やまぐちじゅんいちろう、1979年1月4日–)は日本の有機化学者である。早稲田大学教授 …

ナノグラフェンの高速水素化に成功!メカノケミカル法を用いた芳香環の水素化

第660回のスポットライトリサーチは、名古屋大学大学院理学研究科(有機化学研究室)博士後期課程3年の…

第32回光学活性化合物シンポジウム

第32回光学活性化合物シンポジウムのご案内光学活性化合物の合成および機能創出に関する研究で顕著な…

位置・立体選択的に糖を重水素化するフロー合成法を確立 ― Ru/C触媒カートリッジで150時間以上の連続運転を実証 ―

第 659回のスポットライトリサーチは、岐阜薬科大学大学院 アドバンストケミストリー…

【JAICI Science Dictionary Pro (JSD Pro)】CAS SciFinder®と一緒に活用したいサイエンス辞書サービス

ケムステ読者の皆様には、CAS が提供する科学情報検索ツール CAS SciFind…

有機合成化学協会誌2025年5月号:特集号 有機合成化学の力量を活かした構造有機化学のフロンティア

有機合成化学協会が発行する有機合成化学協会誌、2025年5月号がオンラインで公開されています!…

ジョセップ・コルネラ Josep Cornella

ジョセップ・コルネラ(Josep Cornella、1985年2月2日–)はスペイン出身の有機・無機…

電気化学と数理モデルを活用して、複雑な酵素反応の解析に成功

第658回のスポットライトリサーチは、京都大学大学院 農学研究科(生体機能化学研究室)修士2年の市川…

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