遠藤政幸 理学研究科准教授、杉山弘 同教授、多田隈尚史 大阪大学助教、原田慶恵 同教授、上田卓也 東京大学教授、増渕岳也 同研究員、船津高志 同教授、飯塚怜 同助教、庄子習一 早稲田大学教授らの研究グループは、ナノメートルサイズのシート上に、酵素と遺伝子を集積化した、集積型遺伝子回路ナノチップを開発することに世界で初めて成功しました。
本研究成果は、2018年7月24日に英国の科学誌「Nature Nanotechnology」のオンライン版に掲載されました。
研究者からのコメント
今回の研究では、遺伝子を自在に発現させる集積型の遺伝子回路ナノチップを世界に先駆けて開発することに成功しました。本研究に用いた「DNAオリガミ」は、DNAから作成できる数十ナノメートル(10億分の1メートル)の大きさの平面の構造体で、電子回路の基板のように、DNAオリガミの上に分子を集積化でき、数ナノメートルの間隔で自在に配置できます。特にDNAオリガミの上で遺伝子であるDNAと酵素の距離を調節することで、RNAの合成量（転写量）を自在にコントロールできます。また複数の生体分子に応答して遺伝子の発現のスイッチングができます。この技術を使えば細胞内のセンシングや機能制御など、将来的には診断や治療にも応用することが可能です。
本研究成果のポイント
- ナノメートルサイズのシート上に、酵素と遺伝子を集積化した、集積型遺伝子回路ナノチップを開発
- 1つのナノチップ上で検査と診断、応答物質のその場生産が完結、というコンセプトを試験管内で実証
- 細胞の精密制御を実現する自律医療ロボットへの応用に期待
概要
遺伝子回路は、周囲の環境に応じてどのように遺伝子をオン・オフするかを記述する技術です。そのため、複雑な遺伝子回路の設計ができれば、その時々の状況に応じて遺伝子のオン・オフを変えられるので、細胞の運命を精密に制御できると期待されます。しかし、従来の技術では回路の複雑度に限界があり、関与する因子(酵素や標的遺伝子)が溶液中を自由に漂いながら反応する従来の技術では、意図しない反応を完全には防げないという問題がありました。
本研究グループは、遺伝子回路の集積化に世界で初めて成功しました。ナノメートルサイズのシートの上に、関与する因子を固定化し、シート上で反応が完結するようにしました (ナノチップ)。その結果、さまざまな種類のナノチップを混ぜ合わせるだけで、回路を構築できるようになり、設計自由度が向上しました。本研究成果により。今後、細胞や個体内での検証が期待されます。
図：集積化による効果
詳しい研究内容について
書誌情報
【DOI】
https://doi.org/10.1038/s41565-018-0202-3
Takeya Masubuchi, Masayuki Endo, Ryo Iizuka, Ayaka Iguchi, Dong Hyun Yoon, Tetsushi Sekiguchi, Hao Qi, Ryosuke Iinuma, Yuya Miyazono, Shuichi Shoji, Takashi Funatsu, Hiroshi Sugiyama, Yoshie Harada, Takuya Ueda, Hisashi Tadakuma (2018). Construction of integrated gene logic-chip. Nature Nanotechnology, 13(10), 933-940.
- 日刊工業新聞（7月24日 34面）に掲載されました。
