単細胞生物、植物、動物を問わず、地球上のすべての生物は、4 つの分子文字からなるコードを使用して遺伝情報を伝えます。 DNA 内のグアニン、シトシン、チミン、アデニンという塩基の配列は、タンパク質の設計図と、細胞代謝の無数の制御分子をコード化しています。しかし研究者たちは、この遺伝暗号の拡張に長い間取り組んできました。彼らの動機に応じて、DNA 文字を追加すると、遺伝子分子が保存できる情報量が増加し、まったく新しい生物や生体分子を作成する可能性が生まれます。遺伝的フランケンシュタインのように聞こえるものは、とにかく最初は実現可能とは思えませんでした。しかし、2014年、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・ロメスバーグと彼のチームは、腸内細菌である大腸菌の暗号に2つの合成DNA文字を導入することに初めて成功した。しかし、これらの半人工微生物は部分的にしか生存できませんでした。 「これらの半合成生物は原理の重要な証拠であったが、微生物の生育は悪く、特殊な条件が必要であり、さらには不自然な情報を長期間保持することもできなかった」とロメスバーグらは説明する。
それ以来、研究者たちは半合成生物の作成に取り組み続けています。現在、彼らはさらなる進歩を報告している。彼らは、遺伝コードに 6 つの塩基文字が含まれる大腸菌の細菌を生成することに成功し、それらを確実に伝達することに成功した。同時に、この半人工微生物は、2 つの追加の人工 DNA 塩基を構築して取り付けるために必要な分子構成要素を環境から自動的に吸収します。 「我々は、以前のものよりも自律性が高く、天然の DNA 成分とほぼ同じように追加情報を永久的に保存する半合成生物を作成しました」とロメスバーグと彼の同僚は報告しています。 「しかし、他の自然の生き物とは異なり、この生物には人工的な要素があります。それは、6文字の遺伝的アルファベットを使用して情報を保存できるようにする不自然な塩基対です。」
2 つの追加の DNA 塩基
この半合成生物を作成するために、研究者らはまず、その前任者で使用した 2 つの人工塩基のうちの 1 つを変更しました。彼らは、塩基 d5SICS の代わりに、同様の構造を持つ分子 dTPT3 を大腸菌のプラスミドに導入しました。前任者と同様に、人工塩基 dNaM が対応物として機能しました。プラスミドの環状 DNA には、コード内のいくつかの場所にこの 3 番目の人工塩基対が含まれています。細菌にこれらの人工塩基を自ら合成させ、細胞分裂中にそれらを子孫に組み込むために、細菌のゲノムに追加の遺伝子を導入しました。研究者らが報告しているように、これには環境からの人工塩基の構成要素の吸収とDNAへの組み込みを促進するトランスポーター分子の構築手順が含まれている。
そして彼らは別の変化を加えた。微生物は人工塩基対を使わずにすべての遺伝子コピーを破壊する酵素を生成するようになった。 「その結果、DNA 中の不自然な塩基対のほぼ 100% が細菌の繁殖中に、そしてほぼ無期限に保持されたのです」とロメスバーグ氏と彼の同僚は述べた。彼らの実験が示したように、半合成細菌が 60 回細胞分裂した後でも、人工塩基対の損失は事実上ありませんでした。これらの「フランケンシュタイン」微生物の増殖速度も、通常の大腸菌の増殖速度よりわずかに低いだけで、最大 17 パーセント低下しました。
科学者たちは、彼らの半合成微生物は重要かつ前向きな進歩であると述べています。 「この最適化された半合成生物は、自然界に存在しない完全に不自然な性質や機能を持つ生物を生み出すための適切なプラットフォームを私たちに提供してくれるのです」と研究者らは述べている。しかし、彼らはそのような進化した生命体がもたらす潜在的な悪影響についてはコメントしていない。しかしこれまでのところ、たとえばそのような「フランケンシュタイン」微生物の無制御な放出がどのようなリスクを伴うのか、また、潜在的に危険な微生物の生産をどのように制御できるのかは完全に不明である。他のいくつかのバイオテクノロジー手法と同様に、ここでの研究は倫理的および法的な議論に先行します。
