Establishment of an early life model with a genomic DNA replication system

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本研究では、DNAゲノムをもつ原始生命モデルの実験進化システムの構築を目的とした。そのために、原始生命モデルがもつべき単純なDNA複製系の確立と、実験進化システムの条件検討を行った。まず、酵素としてphi29DNA複製酵素とCre組換え酵素の二種類のみを必要とする単純な環状DNA複製系の構築を行った。phi29DNA合成酵素は環状DNA上の遺伝子から翻訳させた。Cre組換え酵素がphi29DNA合成酵素のDNA合成反応を阻害するという問題があったため、進化工学的な改良によって、Cre組換え酵素に阻害されないphi29DNA複製酵素を開発した。この改良型phi29DNA合成酵素とCre組換え酵素を用いることで、目的のDNA複製系の構築に成功した。次に、phi29DNA合成酵素の一種類のみを酵素として必要とするさらに単純なDNA複製系の構築を行った。phi29合成酵素遺伝子の繰り返し配列からなる直鎖状DNAからphi29DNA合成酵素を翻訳させたところ、この直鎖状DNAを複製させることに成功した。さらに、この単純なDNA複製系からなる原始生命モデルを長期的に反応させたところ、少なくとも35世代に渡り複製が継続した。30世代目あたりのDNA配列を解析すると、DNA複製に有利な変異の存在の濃縮が確認された。このことから、 長期的なDNA複製を通して複製効率の高い原始生命モデルが進化したことが明らかになった。本研究の目的であったDNAをもつ原始生命モデルの実験進化システムの確立が達成されたといえる。本研究で構築されたDNA複製系は、原始の単純なDNA複製系の機構や、単純なDNA複製系が末端複製問題を回避した方法などDNA誕生以降の原始生命の未解決問題に重要な知見を提供したと考える。