世界初　100%コンピュータで作られたゲノムが登場

・生物学者らは、コンピュータアルゴリズムを用いてバクテリアのゲノムを作成することに成功しました。

・このアルゴリズムは、遺伝暗号の冗長性を利用してゲノムを構築するための理想的なDNA配列を計算するものです。

・将来的には、すべての微生物にこの方法を適用できる可能性があるといいます。

生物の全遺伝子を含むDNAの集合体をゲノムと呼びます。ゲノムには、その生物の成長や維持に必要な情報が含まれています。

科学者たちは長年にわたり、人工的なDNA配列に生物学的機能をプログラムすることを試みてきました。今回、スイス連邦工科大学チューリッヒ校の研究者らは、コンピュータアルゴリズムを用いてある細菌のゲノム「Caulobacter ethensis 2.0」を作成しました。

全てがコンピュータで作られた生物のゲノムができたのは、これが初めてです。このゲノムは大きなDNA分子の形で物理的に作られていますが、対応する生物はまだ存在していません。

Caulobacter ethensis 2.0は、Caulobacter crescentusという無害な淡水細菌のゲノムをベースとしています。この淡水細菌は湖や川、湧き水などに自然に存在しており、研究室ではバクテリアの生態を調べるためによく使われます。

ゲノム作成が大幅に容易化された

研究者たちは、Caulobacter crescentusのゲノムをゼロから化学合成するために、この細菌の最小限のゲノムを出発点としました。細菌のゲノムを化学的に合成することは、生物学における最も困難な作業の一つなのです。

11年前、20人の科学者からなる別のチームが、細菌の合成ゲノムを発表しました。構築には10年を要し、プロジェクト全体にかかった費用は約4,000万ドルでした。彼らは天然のゲノムを正確に再現していましたが、今回の研究ではアルゴリズムを用いてゲノムを完全に変えてしまいました。

このプロジェクトの動機は、生物学における基礎的な疑問を解決しつつ、ゲノムの製造プロセスを容易化することでした。

研究チームは、ゲノムの持つ236個のセグメントを慎重に合成しました。このプロセスは、この説明から想像されるほど簡単ではありません。DNAの配列は簡単にねじれて結び目ができたりループになったりしてしまうため、製造は不可能なのです。

彼らは、遺伝暗号の冗長性を最大限利用できるアルゴリズムを開発しました。このアルゴリズムは、ゲノムを構築するための理想的なDNA配列を効率的に評価することができます。

研究者たちは、最小限のゲノムにいくつかの小さな修正を加えました。人工ゲノムに含まれる80万のDNA文字の、1/6以上を置き換えたのです。このアルゴリズムは、タンパク質レベルでの生物学的機能を維持したまま、ゲノムを新しいDNA配列に完全に再構成してしまいました。

用途

以前の方法では10年かかりましたが、この新しい技術では製造コスト12万ドルで1年以内に達成することができました。現在のアルゴリズムをさらに改良して、完全に機能するバージョン3.0のゲノムを生成することも可能でしょう。

将来的には、合成微生物を使って複雑な医薬活性分子を作り出すことができるようになります。この方法は、Caulobacterに限らず、すべての微生物に普遍的に適用できる可能性があります。また、この技術を使ってDNAワクチンを開発することも可能です。

世界初の人工ゲノムを持つバクテリアがいつ登場するかは明らかではありませんが、今回の研究により、近い将来に作られることが明確になりました。