利用人工DNA合成前所未有的蛋白质——美国加利福尼亚大学圣迭戈分校等机构在构成DNA的四种碱基上，人工添加了2种新碱基，并利用大肠杆菌的酶成功地使其复制。到2050年前后，研究人员或许能利用人工合成的DNA和细胞等制造新物质，在不使用任何活体生物的情况下生产药品和食品等。
东京大学正在开发一种可以使DNA和蛋白质等在试管内自主生成的系统（供图：东京大学）
生物的设计图——基因组由DNA构成。而DNA则由腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）这4种碱基有规律地排列而成。以这种DNA为基础，构成生物体的蛋白质得以形成。
蛋白质的合成，首先要以DNA为基础生成mRNA。再依据mRNA的序列信息，连接起细胞中的氨基酸形成蛋白质。如果人类能够人工排列DNA碱基制作人工DNA，那么便可以随心所欲地设计需要的蛋白质。
此次，研究团队在DNA的4种碱基之上追加了异鸟嘌呤（B）、假胞嘧啶（S）这2种碱基，制造出了人工DNA。天然DNA由G和C、A和T通过氢键形成互补配对，构成双螺旋结构。研究人员通过让人工DNA与天然DNA具有相同的结构，使B和S形成配对并能被酶所识别。
■力争扩展至12种碱基
向试管中加入由6种碱基构成的人工DNA和从大肠杆菌中提取的RNA聚合酶，便能够像天然DNA那样生成mRNA。以往的研究仅证实了使用经过改造的酶能够生成mRNA，而本次的研究表明，利用与大肠杆菌使用的相同的酶，也能够生成mRNA。加利福尼亚大学圣迭戈分校的Dong Wan博士指出：“这是人类首次证明，酶能够像对自然界的四种碱基一样，识别和转录扩展的两种碱基”。
当使用的碱基从4种增加到6种时，有望制作出更复杂的设计图。如果研究人员能够设计出独特的蛋白质，便有可能促进治疗药物的开发。参加研究团队的美国应用分子进化研究基金会的Steven Benner博士满怀信心地表示：“我们希望最多能够利用12种碱基。”“如果我们能够制造出与癌细胞结合的分子，就可以有选择地向癌细胞投送药物，或者切断其某些遗传分子”（Benner博士）。上述研究成果已发表在英国科学杂志《Nature Communications》上。
■东京大学成功实现持续生产
即便能够通过人工向试管中添加DNA等来构成某些物质，但要控制所需物质的种类和数量并进行连续生产还是很困难的。这是因为天然的生物体中发生的现象非常复杂。东京大学的市桥伯一教授等人成功开发出了一种在试管内同时持续产生DNA和蛋白质的系统。为了实现持续复制，该系统连复制所需的酶也会同时生成。
市桥教授首先在试管中添加了复制DNA所需的酶和人工设计的DNA。这个DNA上写入了酶的设计图。通过试管中被复制的DNA，能够产生DNA复制所需的20种酶。研究证实，利用这些酶，可以让DNA再次被复制，并在试管中实现连续生成四代DNA和蛋白质。
如果生命现象可以人工地、随心所欲地设计和操作，那么即使不使用生物体，也能够制造药品和食品等。市桥教授对此表达了期待：“也许未来经过人工调整并优化的蛋白质构造，也能像工业产品那样被批量制造出来。”
原文：下野谷凉子、《日经产业新闻》、2024/1/26
翻译：JST客观日本编辑部
