グローブをつかむたびにイライラして、それが反対の手用であることに気づきます。
しかし、合成生物学者にとって、この煩わしさは、医学を変革するのに役立つ可能性のある生物学的な癖です. XNUMX日XNUMX回ではなく、月にXNUMX回服用できる持続性のある薬を考えてください. あるいは、生体分子ベースの診断ツールは、体内にとどまり、体の代謝によって時期尚早に排除されることを恐れずに、新たな癌やその他の慢性疾患に注意を払います。
さらに大胆なことに、生物学の「ミラー ディメンション」は、自然界の外に存在する合成生命体を設計するための出発点となる可能性がありますが、それは文字通り私たち自身を反映したものです。 言い換えれば、生物学の鏡像バージョンを構築することは、生命の基本的なオペレーティングシステムを書き直すことを意味します。
少しSF的すぎますか？ 説明させてください。 私たちの左手が右手の手袋をはめられないのと同じように、生命の構成要素である DNA、RNA、およびタンパク質は、特定の 3D 構造に刻み込まれています。 鏡に映るようにひっくり返し、体の中で機能しなくなります。 科学者たちは、なぜ自然が XNUMX つの潜在的な鏡像から XNUMX つの形だけを選んだのか、まだわかっていません。 しかし、彼らはそれをテストする準備ができています。
新しい研究 in 科学 体のタンパク質を作る機械の一部をその鏡像に作り直すことで進歩を遂げた. 中心にあるのはリボソームと呼ばれる構造で、遺伝暗号を取り込み、それをアミノ酸に変換します。レゴはすべてのタンパク質をブロックします。 リボソームは象徴的な細胞構造であり、RNA とタンパク質という XNUMX つの主要な分子成分が融合しています。
中国の杭州にあるウェストレイク大学の長年のミラー ライフ愛好家である Ting Zhu 博士が率いるチームは、パズルの RNA 部分に取り組みました。 彼らは、構造の XNUMX 分の XNUMX を構築する主力タンパク質を再設計し、結果として得られる RNA 成分が鏡の形で構築されるようにしました。
これらの構造は、まだ「反射された」タンパク質を送り出すことができません。 しかし、いくつかのテストでは、合成された分子は、同じタンパク質の自然なバージョンを噛み砕く細胞の通常の「ハウスキーピング」タンパク質に対してはるかに耐性があることがわかりました.
「バイオテクノロジーの観点からすると、鏡像のリボソームを持つことで多くのアプリケーションが可能になります。」 と テキサス A&M 大学の Jonathan Szepansk 博士は、この作業には関与していませんでした。 「これは、鏡像生物学の分野にとって本当に大きな進歩です。」
(バイオ) 好奇心のキャビネット
特定の構造に対する生命の好奇心旺盛な好みの物語は、1848 年にルイ パスツールから始まります。 フランスの化学者のことを聞いたことがあるでしょう。予防接種、微生物発酵、低温殺菌の父であり、私たちの牛乳を安全に飲むことができます. パスツールは、ワインの棺をのぞいてみると、食欲をそそる分子の結晶性沈殿物を見つけました。 それらは同じ形と化学的性質を持っていましたが、互いに鏡像を形成していました. XNUMX つの構成は「L」と名付けられました。 リーバス、 またはラテン語のまま。 もう一方の「D」 デクスター、または右。
科学者は後に、L 型分子と D 型分子が生物学の基本コードとして存在することを発見しました。 私たちの遺伝学の青写真である DNA の構成要素は、本来 D 型です。 対照的に、アミノ酸は通常左に向かっています。
この偏見は、生物学の中心的な教義に深く根ざしています。 DNA は RNA に翻訳され、続いてリボソームに運ばれ、生命に不可欠なプロセスを実行するタンパク質にさらに組み込まれます。 しかし、ここに重要な点があります。各ステップで、細胞の機構が特定の分子を送り出します。 キラリティー. 私たちの組織や臓器は、キラルな世界、つまり対象の物体が回転しても鏡像に重なることができない世界に向けてプログラムされています。
数年前、科学者たちは次のように問いかけました:もし人工的にこのシステムに鏡を置いて、反対のキラリティーから作られた生命の新しい合成次元にそれを粉砕できたら?
鏡の国のアリス
人生を正反対のバージョンに書き直すことは、控えめに言っても難しい作業です。
新しい研究は、リボソームの一部を「反射する」鏡に焦点を当てました。 以前の研究では、鏡像化された DNA を複製し、それをメッセンジャー ミラー RNA に翻訳することさえ可能であることが示されました。 「次のステップは、RNA からタンパク質への鏡像翻訳を実現することです」と著者らは説明しています。
登るには高い丘です。 リボソームは、約 2,900 の RNA 文字ビルディング ブロックと 50 を超える多様なタンパク質を含む巨大な構造です。 化学者は以前、RNA の鏡像を長鎖に合成することができました。 しかし、それは退屈で、エラーが発生しやすく、せいぜい 70 文字しか到達できません。
人工化学がうまくいかないのなら、自然を利用してみませんか? 細胞内では、通常、RNA 文字は、RNA ポリメラーゼと呼ばれるタンパク質である酵素によって、生物学的なデータ チェーンにつなぎ合わされます。 酵素を「ミラーリング」すると、理論的には、リボソームを構築する RNA の反映されたバージョンを構築することもできます。 背中2019において、 Zhu のチームは、ウイルスから主力タンパク質を「反転」させることで、このアイデアを突き刺しました。 それは機能しましたが、非常に遅く、生成された分子はエラーだらけでした。
著者らは、タンパク質合成機構全体に取り組むのではなく、7 つの重要なメンバーである TXNUMX RNA ポリメラーゼに注目しました。 合成生物学分野の寵児であるこの酵素は、長い RNA 鎖 (タンパク質を構築するリボソームを構成する鎖を含む) を高効率で大量生産できる強力な働き者です。
チームは X 線分析を使用して、T7 を 7 つのセグメントに分割できることを発見し、それぞれが従来の合成の範囲内に収まっていることを発見しました。 各セグメント (天然の対応物のミラー バージョン) を合成することにより、TXNUMX 酵素のミラー バージョンに自己組織化された究極の構造。
「このサイズのタンパク質をまとめるのは大変な努力でした」とシェパンスキーは言いました。
未知へ
ミラー T7 を手に、チームは次に反転リボソームの構築を開始しました。 タンパク質製造工場は、7 つの主要な RNA チャンクで構成されています。 これらのコンポーネントの DNA 命令のミラー バージョンが与えられると、操作された TXNUMX 酵素は XNUMX つのセグメントすべてを一度にうまく構築しました。 追加のテストでは、ミラー反転された酵素がその天然の対応物と同様のエラー率を持っていることがわかりました。
さらに、鏡像化された T7 によって送り出された分子 (ミラー RNA) は、自然に生成された分子よりも細胞内ではるかに安定していました。 これは、効果が現れる前に体内で簡単に粉砕されることが多い RNA ベースのワクチンや医薬品にとって、潜在的な恩恵です。 ミラー分子は体の生物学的プロセスとは無関係であるため、はるかに長く留まり、RNA またはタンパク質ベースのワクチンや薬の効果を高める可能性があります。
それは長い道のりです。 今のところ、チームはまだ完全なミラー リボソームを構築していません。 RNA は構造のおよそ 50 分の XNUMX を構成し、XNUMX 以上のタンパク質が残っています。 遺伝子工学によるタンパク質成分の追加は、それ自体が偉業です。 それらがミラー化された RNA と一緒に機能的なミラー リボソームに集合するかどうかは、まったく不明です。
しかし、チームは賞に目を向けています：「鏡像翻訳の実現は、分子生物学の鏡像セントラルドグマを完成させるでしょう」と彼らは書いた.
