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阪大、世界で初めて進化の機能を持った人工細胞の作成に成功

〜人工細胞でRNAが複製し、突然変異が蓄積、進化

人工細胞におけるゲノムRNAの進化
10月3日 発表

 大阪大学大学院情報科学研究科の四方哲也教授の研究チームは3日、JST課題達成型基礎研究の一環として、進化する機能を持った人工細胞の作成に世界で初めて成功したと発表した。

 同チームは、RNAからRNAを複製する酵素の遺伝子がコードされた人工ゲノムRNAを、数十種類のたんぱく質を含む水溶液とともに油の中で激しくかき混ぜ、直径約2μmの細胞状の水滴として油中に分散させた。この細胞状の各水滴を37℃で反応させると、RNAゲノムにコードされた遺伝子から複製酵素が翻訳され、その酵素は元のゲノムRNAを複製することを見いだした。

 人工細胞のゲノム複製反応は、栄養の枯渇によりすぐに停止するのだが、研究チームは、栄養となるたんぱく質群を含んだ水滴を外から添加した。これにより、人工細胞は大型化するが、さらにかき混ぜることで、細胞は元のサイズに分裂した。この融合と分裂を繰り返すことで、半永久的に人工細胞内でゲノムRNAの自己複製を継続することに成功した。

 さらに、このゲノムRNAの複製を長期間繰り返した結果、複製中に生じたエラーにより、ゲノムRNA中に突然変異が起こり、自然的にゲノムRNAの多様性が発生。そして、多様な性質を持つゲノムRNAの中に、自分自身のコピー(子孫)をより多く残すことができる適者が生まれると、その変異体が次第に元のRNAを駆逐するという、自然選択による自発的な進化が起きることを発見した。具体的には人工細胞の成長と分裂を50世代継続すると、複製能力が約100倍に上昇し、ゲノムRNAには38個の変異が蓄積していた。

 この人工細胞を基盤に、今後は天然の生物よりも効率よく有用物質を生産できる人工細胞の作成を目指す。

(若杉 紀彦)