濃縮されたDNAにより安定化される相分離液滴を容器とした、進化する人工細胞の構築

使用浓缩 DNA 稳定的相分离液滴作为容器构建不断进化的人造细胞

• 批准号: 22KJ1130
• 负责人: 藪田 萌
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ1130/
• 关键词: 人工細胞; 相分離; DNA自己複製

「生命とは何か」を理解するには、生細胞に対する分析的アプローチに加えて、最小限の要素から生命現象を再構成した人工細胞を創出する構成的アプローチが不可欠である。人工細胞研究において私たちが目指す一つの到達目標は、あらゆる生命が普遍的に有する進化能の再現である。 自律進化する人工細胞が満たす要件の1つとして区画の自己成長があげられるが、内部反応と共役して成長する系はほとんど報告例がない。近年液-液相分離により形成された液滴が物質透過性の良さから人工細胞の区画として注目されている。Dextran(Dex)とPolyethylene Glycol (PEG)の２成分系の液液相分離現象において、Dex相分離液滴がDNAを濃縮することは以前から報告されていたが、私は修士課程の研究においてその相分離が内部に濃縮されたDNAによって安定化されることを発見した。本年度は、修士課程での発見にもとづいて、内部でのDNA複製と共役して区画が成長する系の構築を目指した。具体的には、DNA合成酵素をコードした鋳型DNAと遺伝子発現のための分子システムを搭載したDex液滴型人工細胞モデルを作成した。これによって、人工細胞内部での遺伝子発現によってDNAが自己複製し、これに駆動されて自己成長する人工細胞リアクタの創出に成功した。人工細胞系において内部反応と共役して成長する系はほとんど報告例がない中で、内部での自己複製により成長する系を構築したことは大きな成果であり、進化能を持つ人工細胞の構築への可能性を広げたと言える。

为了理解“什么是生命？”除了活细胞的分析方法之外，创建人造细胞的合成方法也至关重要，该人造细胞可以从最小的元素中重建生命现象。我们在人工细胞研究中旨在实现的目标之一是重现所有生物普遍拥有的进化潜力。 自主进化的人造细胞的要求之一是隔室的自我生长，但几乎没有关于系统与内部反应结合生长的报道。近年来，液-液相分离形成的液滴由于其对物质具有良好的渗透性，作为人造细胞的隔室而引起了人们的关注。在右旋糖酐（Dex）和聚乙二醇（PEG）双组分体系的液-液相分离现象中，有一段时间有报道称Dex相分离液滴浓缩了DNA，但我在硕士课程研究中对此进行了研究我们发现内部浓缩的 DNA 可以稳定相分离。今年，根据我硕士课程中的发现，我的目标是构建一个系统，在该系统中，隔室与内部 DNA 复制一起生长。具体来说，他们创建了一个 Dex 液滴型人工细胞模型，配备了编码 DNA 合酶的模板 DNA 和用于基因表达的分子系统。通过这一点，他们成功地创造了一种人工细胞反应器，可以通过人工细胞内的基因表达来自我复制DNA，并由这种自我生长驱动。虽然几乎没有关于与内部反应结合生长的人工细胞系统的报道，但构建通过内部自我复制生长的系统是一项重大成就，是朝着构建具有进化能力的人工细胞迈出的一步。可以说，这拓展了可能性

项目成果

Phase-separated Dex droplets grow coupled with internal DNA self-replication

相分离的 Dex 液滴生长与内部 DNA 自我复制相结合

• 发表时间: 2022
• 作者: Moe Yabuta; Yoshihiro Minagawa; Hiroyuki Noji
• 通讯作者: Hiroyuki Noji