チューリングパターンを形成する大腸菌の合成生物学的手法による作製

本研究は、人工遺伝子回路によりチューリングパターンを形成する大腸菌を作ることで、細胞集団を時間的空間的に制御可能な生体分子システムの設計原理に関する知見を深めることを目的とする。この人工遺伝子回路の作製のために必要な遺伝子部品としては、アクチベーター分子とインヒビター分子の存在に応答して遺伝子転写調節を行う拡散シグナル分子応答回路と、二種類の転写制御タンパク質によって制御を受ける遺伝子AND回路プロモーターがある。これらの部品のうちインヒビター応答回路だけ唯一活性の確認ができていなかったが、これは二種類目のシグナル分子に応答した遺伝子発現の系が大腸菌内でうまく動かないことに起因していた。昨年度は二種類目のシグナル分子としてautoinducer-IIをもちいることを考え研究を進めてきたが、autoinducer-IIに応答した遺伝子の発現を確認することはできなかった。そこで本年度からはシグナル分子を3OC12HSLに変更することとし、これに応答する遺伝子発現系を含むプラスミドを新たに作製した。作製した遺伝子発現系を大腸菌に導入し、3OC12HSLで誘導したところ目的タンパク質の発現が確認できた。この結果は二種類目のシグナル分子に応答した遺伝子発現の系が確立できたことを示している。また上述のシグナル応答回路とは別にリガンドと特異的に結合して自己切断を起こすアプタザイムを用いて、flavin mononucleotideとの結合に応答して任意の配列をもったRNA鎖を出力するシグナル応答回路の作製にも成功した。これらの結果により、大腸菌にチューリングパターンを形成させるために必要な遺伝子部品である二種類の転写制御タンパク質によって制御を受ける遺伝子AND回路プロモーターと、二種類の拡散性シグナル分子応答回路が全て完成したといえる。

本研究は、人工遺伝子回路によりチューリングパターンを形成する大腸菌を作ることで、細胞集団を時間的空間的に制御可能な生体分子システムの設計原理に関する知見を深めることを目的とする。この人工遺伝子回路の作製のために必要な遺伝子部品としては、アクチベーター分子とインヒビター分子の存在に応答して遺伝子転写調節を行う拡散シグナル分子応答回路と、二種類の転写制御タンパク質によって制御を受ける遺伝子AND回路プロモーターがある。これらの部品のうちインヒビター応答回路だけ唯一活性の確認ができていなかったが、これは二種類目のシグナル分子に応答した遺伝子発現の系が大腸菌内でうまく動かないことに起因していた。昨年度は二種類目のシグナル分子としてautoinducer-IIをもちいることを考え研究を進めてきたが、autoinducer-IIに応答した遺伝子の発現を確認することはできなかった。そこで本年度からはシグナル分子を3OC12HSLに変更することとし、これに応答する遺伝子発現系を含むプラスミドを新たに作製した。作製した遺伝子発現系を大腸菌に導入し、3OC12HSLで誘導したところ目的タンパク質の発現が確認できた。この結果は二種類目のシグナル分子に応答した遺伝子発現の系が確立できたことを示している。また上述のシグナル応答回路とは別にリガンドと特異的に結合して自己切断を起こすアプタザイムを用いて、flavin mononucleotideとの結合に応答して任意の配列をもったRNA鎖を出力するシグナル応答回路の作製にも成功した。これらの結果により、大腸菌にチューリングパターンを形成させるために必要な遺伝子部品である二種類の転写制御タンパク質によって制御を受ける遺伝子AND回路プロモーターと、二種類の拡散性シグナル分子応答回路が全て完成したといえる。