無細胞蛋白質合成反応に必要とされるテンプレートDNAを無細胞的に調製する手法

無細胞蛋白質合成反応に必要とされるテンプレートDNAを無細胞的に調製する手法
野島 高彦
2007年12月27日更新




組み換え蛋白質分子には,ナノバイオテクノロジーやナノバイオサイエンス領域における極微小パーツとしての応用が期待されています.こうした研究においては数種類の組み換え蛋白質を数マイクログラムのスケールで簡単に調製する方法が必要です.無細胞蛋白質合成法は,こうした目的に適した手法です.

しかし,無細胞蛋白質合成法に用いるテンプレートDNAは,実際には従来の組み換え遺伝子実験法を用いて調製されていることが多く,このためにバイオハザード実験施設を用意し,種々の手続を踏むことが求められます.蛋白質そのものを研究課題としていない多くの工学系研究室にとって,こうした現状は望ましくないものです.そのため,バクテリアなどの生細胞を用いることなく,自由に遺伝子をつないで調製できるような手法が必要です.

そこで本研究においては,DNAの連結反応の際に生じるランダムな混合物中から望ましい1種類の構造だけを分離するために,マイクロ流体デバイスを用いる実験方法を採り入れました.DNA連結酵素で連結された十数種類の分子種を含む混合物に対してPCRをかけて存在比をシフトさせ,ここから望ましい構造と同一分子量のDNAをマイクロ流体デバイス内における電気泳動で分離し,さらに2度目のPCRを行って無細胞蛋白質合成に必要な十分量のテンプレートとしました.

このテンプレートを用いて実際に無細胞蛋白質合成 (転写翻訳共役) を行ったところ,目的蛋白質が合成されました.このため,遺伝子の調製から遺伝情報の発現に至る一連の遺伝子工学操作を,すべて人工的に可能であることを示すことができました.

最終的にはPCRを用いることなく混合物中から目的テンプレートだけを取り出すことを実現したいところです (これも挑戦したのですが,難しい壁に突き当たっています).また,DNAの分離だけではなく,蛋白質の合成までもすべて一つのデバイスで行うようなシステムも実現させたいところです.

  1. On-chip capillary electrophoresis fractionation of DNA construct for cell-free protein expression
    Takahiko Nojima, Shohei Kaneda and Teruo Fujii
    Chemistry Letters, Vol. 36, No. 11, November 2007, p1346-p1347
    DOI:10.1246/cl.2007.1346


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