[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. 【日産化学】新卒採用情報(2022卒)
  2. 有機合成化学協会誌2021年6月号:SGLT2阻害薬・シクロペン…
  3. ワインのコルク臭の原因は?
  4. 特許の基礎知識(3) 方法特許に注意! カリクレイン事件の紹介…
  5. ご注文は海外大学院ですか?〜選考編〜
  6. アルケンとニトリルを相互交換する
  7. 【動画】元素のうた―日本語バージョン
  8. 2017年12月14日開催: 化学企業4社によるプレミアムセミナ…

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. Dead Endを回避せよ!「全合成・極限からの一手」③
  2. 三共・第一製薬の完全統合、半年程度前倒しを検討
  3. PACIFICHEM2010に参加してきました!④
  4. 芝哲夫氏死去(大阪大名誉教授・有機化学)
  5. 究極のエネルギーキャリアきたる?!
  6. オカモトが過去最高益を記録
  7. CAS番号の登録が1億個突破!
  8. バールエンガ試薬 Barluenga’s Reagent
  9. ロバート・クラブトリー Robert H. Crabtree
  10. イトムカ鉱山

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

第21回ケムステVシンポ「Grubbs触媒が導く合成戦略」を開催します!

第21回VシンポはVシンポ協賛企業の一つであるメルク株式会社の持ち込み企画です.視聴される側からする…

【マイクロ波化学(株) 石油化学/プラスチック業界向けウェビナー】 マイクロ波による新事業 石油化学・プラスチック業界のための脱炭素・電化ソリューション

<内容>本イベントでは、石油化学/プラスチック業界における脱炭素・電化の新たなソ…

素材・化学で「どう作るか」を高度化する共同研究拠点、産総研が3カ所で整備

産業技術総合研究所、材料・化学領域は、マテリアル・プロセスイノベーションプラットフォームの整備をスタ…

自己組織化ねじれ双極マイクロ球体から円偏光発光の角度異方性に切り込む

第327回のスポットライトリサーチは、筑波大学大学院数理物質科学研究科 物性・分子工学専攻 山本・山…

第159回―「世界最大の自己組織化分子を作り上げる」佐藤宗太 特任教授

第159回の海外化学者インタビューは日本から、佐藤宗太 特任教授です。東京大学工学部応用化学科に所属…

π-アリルイリジウムに新たな光を

可視光照射下でのイリジウム触媒によるアリルアルコールの不斉アリル位アルキル化が開発されたキラルな…

うっかりドーピングの化学 -禁止薬物と該当医薬品-

「うっかりドーピング」という言葉をご存知でしょうか。禁止薬物に該当する成分を含む風邪…

第五回ケムステVプレミアレクチャー「キラルブレンステッド酸触媒の開発と新展開」

新型コロナ感染者数は大変なことになっていますが、無観客東京オリンピック盛り上がっ…

がん治療用の放射性物質、国内で10年ぶり製造へ…輸入頼みから脱却

政府は、がんの治療や臓器の検査をする医療用の放射性物質の国内製造を近く再開する。およそ10年ぶりとな…

三洋化成の新分野への挑戦

三洋化成と長瀬産業は、AI 技術を応用した人工嗅覚で匂いを識別する「匂いセンサー」について共同で事業…

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