そこで私たちはウイルス耐性のある生物を構築しました。
なぜ？
それは病気に関するものでも、直接的なものでもありません。
それは未来のクリーンな工場を構築することです。
大きく一歩下がって説明しましょう。
すべての生命は DNA で動いています。
DNA はタンパク質をコードしており、タンパク質が生命を動かします。
DNAは人間の体のDNAとは全く異なります。
DNAはA、T、G、Cの4つの塩基で構成されています。
そして、コドンとして知られるこれらの塩基のトリプレットは、タンパク質の各アミノ酸構成要素をコードします。
遺伝暗号は、どのコドンがどのアミノ酸をコードするかを定義するルールブックです。
したがって、たとえば、トリプレット コドン TCG はアミノ酸セリンをコードします。
そして、DNA のトリプレット コドンの順序は、タンパク質のアミノ酸構成要素の順序をコード化します。
DNA には 64 個のトリプレット コドンがあり、一般的なアミノ酸はわずか 20 個です。
これは、ほとんどのアミノ酸が複数のトリプレット コドンによってコードされていることを意味します。
したがって、たとえば、アミノ酸のセリンは 6 つの異なるトリプレット コドンによってコードされます。
そして、同じアミノ酸をコードするトリプレットコドンは同義コドンとして定義されます。
生命に使用される DNA コードはほぼ普遍的です。
すべての生命体とウイルスは、本質的に同じ遺伝コードを使用します。
そして、それは私たちが活用できる特性です。
これが私たちがやったことです。
私たちは、生命が単一のアミノ酸をコードするために複数の同義コドンを必要とするかどうかを尋ねました。
たとえば、生命にはアミノ酸のセリンをコードする 6 つの異なるコドンが必要なのでしょうか?
私たちはEの400万文字のDNAを採取しました。
大腸菌、そのゲノムを発見し、ゲノム内の標的コドンを同じアミノ酸をコードする同義コドンに置き換えることにより、非常に特殊な方法でこの微生物のコードを完全に書き換えました。
そこで、たとえば、アミノ酸セリンをコードする TCG および TCA コドンを、同じくアミノ酸セリンをコードする AGT および AGC コドンに置き換えました。
これを400万塩基のゲノム全体にわたって行うことで、E.の遺伝暗号から標的コドンを完全に削除しました。
大腸菌。
全体として、遺伝コードを 64 コドンの使用から 61 コドンの使用に圧縮しました。
どうやってやったの？
私たちはまず 400 万文字のコードをコンピューターに取り込み、検索と置換操作を使用して、ターゲットのコドンをその同義語に置き換えました。
これにより、元のゲノムに対して 18,000 を超える変更が含まれる新しいゲノム設計が作成されました。
次に私たちは、合成ゲノム設計に基づいて動作する生物を構築できるかどうかを尋ねました。
私たちは短い DNA 片から始めて合成ゲノムを構築しました。
これらは試験管内で化学によって作られており、ほんの 10 年か 2 年前であれば、この規模で行うには法外に高価であったでしょう。
次に、これらの短い DNA 片を長い DNA に組み立て、それを使用して E の 400 万塩基すべてを段階的に置き換えました。
大腸菌ゲノム。
これにより、これまでに作成された中で最大の合成ゲノムが作成され、得られた細胞は生きていました。
それについて考えてみましょう。
私たちは遺伝コードを合理化しましたが、それでも細胞は生きていました。
私たちは圧縮された遺伝コードを使って生命を創造することができます。
さて、圧縮された遺伝コードを持つ私たちの生物は、タンパク質を作るために64個のトリプレットコドンすべてを使用するわけではないので、通常、ほぼ普遍的な遺伝コードを読み取る機構の一部を細胞から取り除くことができます。
具体的には、ゲノムから削除したコドンを通常読み取る翻訳機構の構成要素である特定の tRNA を削除できます。
さて、ここで重要な点は、ほぼ普遍的な遺伝暗号のすべてのコドンを読み取ることができない細胞を作成したということです。
さて、ウイルスは細胞に感染します。
これらは私たちの体の細胞、または大腸菌のような単細胞微生物である可能性があります。
大腸菌。
彼らは通常、独自の DNA を持っており、ほぼ普遍的な遺伝コードを使用して、ウイルスのコピーを作成するために必要なタンパク質をコードしています。
しかし、ウイルスは DNA の遺伝暗号を読み取る機構を持たず、代わりに宿主細胞、つまり宿主細胞の機構に依存して DNA の遺伝暗号を読み取ってウイルスのコピーを作成します。
これらのウイルスのコピーが他の細胞に感染し、これがウイルスの拡散方法です。
しかし、私たちの新しい生物にはウイルスの DNA 内のすべてのコドンを読み取る機構がないため、ウイルスは私たちの新しい生物の中で自分自身のコピーを作ることができません。
ウイルスで使用される DNA 内のコードと、そのコードを読み取る宿主細胞の機構には互換性がありません。
したがって、ウイルスは新しい生物内で広がらず、新しい生物はウイルスに対して耐性を持ちます。
実際、私たちは新しい生物が広範囲のウイルスに耐性があることを示し、遺伝暗号の書き換えが広範なウイルス耐性生命体を作り出す道を提供することを示唆しました。
私たちが開発したアプローチを他の生物にも拡張することで、農業やその他の分野で重要な用途を持つウイルス耐性のある作物や動物を作り出すことが可能になるかもしれません。
しかし、私たちの進歩は、細胞を将来のクリーン工場に変えるための基盤も提供します。
どうやって？
そこで説明するために、生物がどのように遺伝暗号を読んでタンパク質を作るかというところにもう一歩戻ってみましょう。
DNA のトリプレット コドンの順序が、タンパク質のアミノ酸構成要素の順序をコードしていることを思い出してください。
そして、トリプレットコドンを読み取り、対応するアミノ酸配列を構築するのは、細胞の翻訳機構です。
リボソーム、アミノアシル tRNA 合成酵素、tRNA などの天然細胞の翻訳機構は、タンパク質を製造するための独特で特別なシステムであり、20 個の一般的なアミノ酸が鎖状につながっています。
さて、タンパク質は驚くべきものですが、それらはプラスチック、材料、薬物を含むポリマーとして知られる膨大な種類の分子の中のほんの一例にすぎません。
そして、ポリマー、または線状ポリマーとは、実際には、より単純な化学構成要素が鎖状につながっているあらゆる分子のことです。
私たちは、他の方法では作ることができないプラスチック、材料、薬物を製造するための並進機構の可能性を解き放ち、細胞の並進機構の工学的バージョンを使用してよりクリーンかつ効率的に作製できる可能性を解き放ちたいと考えていました。
これらのポリマーの構成要素は、タンパク質の製造に使用される 20 種類の一般的なアミノ酸をはるかに超えています。
プラスチック、材料、医薬品を製造するためのトランスレーショナル機構の可能性を解き放つことは、2 つの理由から不可能でした。
第一に、天然細胞内の 64 個のトリプレット コドンはすべて天然タンパク質の作成に使用され、新しいポリマーの合成をコードするために利用できるコドンはまったくありません。
第二に、天然の翻訳機構は特に天然のアミノ酸を使用しており、新しいポリマーの製造に必要な化学構成要素を単純に使用することができません。
しかし、私たちのウイルス耐性生物は、タンパク質を作るために 64 個のトリプレット コドンすべてを使用するわけではなく、ゲノムから削除されたコドンを読み取る機構を備えていません。
そして、この細胞は、遺伝的にコードされたポリマー合成の出発点となります。
ウイルス耐性生物で遺伝的にコードされたポリマー合成を実現するために、細胞のゲノムから除去したトリプレットコドンを含む合成 DNA を追加し、これらのコドンを読み取り、新しいポリマーの新しい化学構成要素に再割り当てするように翻訳機構を操作しました。
このシステムは、さまざまな合成ポリマーを製造するようにプログラムできます。
合成 DNA 内のトリプレット コドンの順序を変更することで、結果として得られるポリマーにプログラムする化学構成ブロックの順序を変更できます。
そして、細胞に加える翻訳機構の正体を変えることによって、ポリマーを構成する化学構成要素の正体を変えることができます。
全体として、私たちは合成ポリマーを製造するために確実かつ予測どおりにプログラムできる細胞工場を構築しました。
私たちのアプローチを使用して、デプシペプチド大環状分子として知られる重要なクラスの薬物の分子を含む、新しい分子を作成するように細胞をプログラムすることがすでに可能になっています。
このクラスの分子には、抗生物質、免疫抑制剤、抗腫瘍化合物が含まれます。
また、いくつかの種類の生分解性プラスチックに見られる化学結合を含む完全合成ポリマーを製造するように細胞をプログラムすることもできました。
細胞工場を使用して新しいポリマー分子を構築するとき、私たちは、操作された生体細胞をどのように使用してこれらのポリマーを、リサイクルして新しいコード化ポリマーに使用できる構成化学ビルディングブロックに分解するかを最初から検討する機会があります。
当社は、既存のバイオリアクターと発酵槽を活用した低エネルギーの細胞プロセスを使用して、新しい遺伝子コード化されたプラスチックと材料が製造され、最終的に分解される循環型バイオエコノミーを構想しています。
自然からインスピレーションを得て、生命がどうなるかを再考することで、私たちは将来の持続可能な産業を構築する機会を得ることができます。
ありがとう。
ありがとう。
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