日本立教大学理学研究科生命理学专业的山岸勇太博士生、末次正幸教授等人组成的研究团队，设计并构建了一条53kb的长链人工基因组DNA，该DNA编码了大肠杆菌型DNA复制（RCR）所需的全部26种蛋白质基因，将该长链人工基因组DNA引入无需细胞即可直接从DNA合成蛋白质的无细胞基因表达系统后，成功在试管内合成了DNA所编码的复制蛋白群。相关研究成果已发表在期刊《Nucleic Acids Research》的网络版上。
图1 本次构建的长链人工基因组DNA自我复制系统以及所验证的稳定重复过程（供图：立教大学）
制造人工细胞需要在DNA中插入大量基因，并建立该DNA通过基因表达实现自身复制的机制。但DNA越长，复制难度就越大，构建自我复制系统一直是一大难题。具体而言，要在单条DNA上表达并发挥大量基因的功能，基因的排列顺序和表达平衡至关重要。特别是，如果部分必需蛋白质不足，整个复制反应就会停滞。
因此，研究团队首先调查了哪些蛋白质容易不足。基于这一结果，通过改进长链人工基因组DNA的设计并重新调整反应条件，优化出能够适当表达自我复制所需复制蛋白群的反应条件。
通过这一改进，研究证实，表达出的复制蛋白群能作用于原始的长链人工基因组DNA，促使DNA自身进行复制。此外，研究人员还将单次反应中增殖的长链人工基因组DNA转移至新的反应液中，进行传代反应使其再次进行自我复制，从而证实了自我复制能够持续维持。
该结果表明，长链人工基因组DNA能够在传递至下一轮反应的同时持续进行自我复制，这为利用编码大量基因的人工基因组DNA构建具有多种蛋白质的人工细胞奠定了基础。
目前的长链人工基因组DNA已搭载了大肠杆菌型DNA复制所需的基因群。今后，通过向该DNA中逐步添加负责转录、翻译、代谢等功能的基因群，将有望分阶段组合出人工细胞所需的功能。
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Nucleic Acids Research
论文：A self-replicating artificial module-genome that generates bacterial chromosome replication system in vitro
DOI：doi.org/10.1093/nar/gkag663
