カリフォルニア州ラホーヤにあるスクリップス研究所のフロイド・ロメスバーグ率いる研究者たちは、1990年代後半から私たちの遺伝暗号の拡張に取り組んできました。彼らは、追加の塩基として機能し、天然の塩基と同様に細胞機構によってコピーされ、読み取られる分子を探しました。しかし、これは簡単ではありません。遺伝物質の二重らせんにシームレスに適合するには、これらの分子が正しい化学構造を持っていなければなりません。同時に、それらは、DNA鎖を分割して再構築し、遺伝暗号を転写する細胞の酵素によって認識されなければなりません。そして最後に重要なことですが、これらの人工塩基は異物として認識され、DNA 修復機構によって排除されてはなりません。
4 つのベースではなく 6 つのベース
2008 年、その時が来ました。ロメスバーグと彼の同僚は、人工塩基として適した 2 つの分子を発見しました。 「これらの不自然な塩基対は試験管内では見事に機能しましたが、生きた細胞のより複雑な環境で機能させることが大きな課題でした」と筆頭著者であるスクリップス研究所のデニス・マリシェフ氏は説明します。研究者らは現在、まさにこれを行うことに成功した。彼らは、生きた大腸菌の環状プラスミド DNA に 2 つの人工塩基 – d5SICS と dNaM – を組み込みました。これらの微生物は現在、ゲノム内に 4 つの天然塩基と 2 つの人工塩基を持っています。彼らは、人工的に拡張された遺伝子アルファベットを持つ最初の生物です。細胞内で拡張された DNA は、細胞の増殖を妨げたり遅らせたりすることなく、正常にコピーされることが実験で示されています。
しかし、研究者らが強調しているように、半人工微生物は実験室の外では生存できない。これにより、誤って解放されるリスクも排除されます。伸長した DNA を増やすために、遺伝子組み換え細菌は細胞内に自然には存在しない分子構成要素を必要とします。これらのヌクレオシド三リン酸は、栄養溶液とともに供給する必要があります。さらに、これらの構成要素を細胞内に輸送するには、輸送分子が存在する必要があります。科学者がこれらの添加物の供給を停止すると、細胞の成長と再生も停止します。 「これにより、システムを制御できるようになります」とマリシェフ氏は強調します。なぜなら、トランスポーターや人工塩基の構成要素がなければ、細胞はゲノムから人工塩基を除去し、通常の4塩基のアルファベットに戻るからです。
次のステップでは、研究者らは現在、細胞機構が伸長した DNA をメッセンジャー分子に翻訳し、さらにタンパク質に翻訳できるかどうか、またその方法を調べたいと考えている。追加の塩基により、自然界では未知のまったく新しいタンパク質を作成する可能性が開かれます。 「これにより、これまでよりも優れた医療用のオーダーメイドの治療薬や診断薬を製造できるようになりますが、ナノテクノロジーへの応用も可能です」とロメスバーグ氏は言う。
