[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

cosine

cosine

投稿者の記事一覧

博士(薬学)。Chem-Station副代表。現在国立大学教員として勤務中。専門は有機合成化学、主に触媒開発研究。
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. もっと化学に光を! 今さらですが今年は光のアニバーサリーイヤー
  2. iPhone/iPod Touchで使える化学アプリ-ケーション…
  3. Reaxys Prize 2011発表!
  4. ノーベル賞化学者に会いに行こう!「リンダウ・ノーベル賞受賞者会議…
  5. 癸巳の年、世紀の大発見
  6. カルボン酸からハロゲン化合物を不斉合成する
  7. 化学者のためのエレクトロニクス入門⑤ ~ディスプレイ分野などで活…
  8. シンガポールへ行ってきた:NTUとNUS化学科訪問

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. 武田薬品、高血圧治療剤が米で心不全の効能追加
  2. ポール・ウェンダー Paul A. Wender
  3. 炭素繊維は鉄とアルミに勝るか? 番外編 ~NEDOの成果について~
  4. 「抗炎症」と「抗酸化」組み合わせ脱毛抑制効果を増強
  5. 極小の「分子ペンチ」開発
  6. 伊藤嘉彦京都大名誉教授死去
  7. ウォルフ転位 Wolff Rearrangement
  8. ウィリアム・ノールズ William S. Knowles
  9. ケミカルタイムズ 紹介記事シリーズ
  10. 材料研究分野で挑戦、“ゆりかごから墓場まで”データフル活用の効果

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
« 1月   3月 »
 12
3456789
10111213141516
17181920212223
2425262728  

注目情報

注目情報

最新記事

化学者のためのエレクトロニクス講座~電解銅めっき編~

このシリーズでは、化学者のためのエレクトロニクス講座では半導体やその配線技術、フォトレジストやOLE…

光照射による有機酸/塩基の発生法:①光酸発生剤について

糖化学ノックイン領域では、班員の専門性について相互理解を深めつつ、関連分野の先端研究を包括的に把握す…

第23回ケムステVシンポ『進化を続ける核酸化学』を開催します!

もう12月。2021年もおわりが近づいています。さて、今年最後のケムステVシンポとして第23…

KISTECおもちゃレスキュー こども救急隊・こども鑑識隊

おもちゃレスキューに君も入隊しよう!大事なおもちゃがこわれたら、どうしますか? …

ポンコツ博士研究員の海外奮闘録 〜コロナモラトリアム編〜

事実は小説より奇なり。「博士系なろう」という新ジャンルの開拓を目指し,博士を経て得られた文章力を全力…

乙卯研究所 研究員募集

公益財団法人乙卯研究所から研究員募集のお知らせです。自分自身でテーマを決めて好きな有機化学の研究…

SNSコンテスト企画『集まれ、みんなのラボのDIY!』

先日公開されたこちらのケムステ記事と動画、皆さんご覧になって頂けましたでしょうか?https…

可視光レドックス触媒と有機蓄光の融合 〜大気安定かつ高性能な有機蓄光の実現〜

第351回のスポットライトリサーチは、九州大学 安達・中野谷研究室 で研究をされていた陣内 和哉さん…

可視光全域を利用できるレドックス光増感剤

東京工業大学 理学院 化学系の玉置悠祐助教、入倉茉里大学院生および石谷治教授は、新たに合成したオスミ…

【ジーシー】新卒採用情報(2023卒)

弊社の社是「施無畏」は、「相手の身になって行動する」といった意味があります。これを具現化することで存…

Chem-Station Twitter

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