Engineering tRNA abundances for synthetic cellular systems

Engineering tRNA abundances for synthetic cellular systems - Nature Communications

1. 本研究の学術的背景，研究課題の核心をなす学術的「問い」は？
- 人工細胞のエンジニアリングをルーチン化するために、どの分子がどれくらい必要であるか事前に明確にする必要があります。しかし、全細胞合成生物学において、分子量の希望的な豊富さを見積もるための物理学ベースのツールが不足しています。本研究では、タンパク質合成速度にtRNA豊富度がどのように影響するかを予測するコロイド力学シミュレータを使用し、分子豊富度推定のためのツールの開発を行った。

2. 本研究の目的及び学術的独自性と創造性は？
- 本研究では、コンピュータ支援設計フレームワークと進化アルゴリズムを使用して、tRNA豊富度の違いによって速度が速くなるか遅くなるかを予測する分子合成システムをエンジニアリングすることを目的としています。遺伝子標的法、RNAの直接合成等を用いて、21の合成tRNAサロゲートも作成しました。

3. 本研究の着想に至った経緯や、関連する国内外の研究動向と本研究の位置づけは？
- 分子合成システム設計に必要なtRNAの数の事前推定が不足しているため、理論モデルとしてタンパク質合成速度に影響を与えるtRNA豊富度を予測する必要があります。本研究の独自性は、コロイド力学シミュレータの使用、21の新たに合成されたtRNAサロゲートの使用、進化アルゴリズム等を利用したシステムエンジニアリングです。

4. 本研究で何をどのように、どこまで明らかにした？
- 本研究では、分子合成システムの分子豊富度推定ツールの開発を行い、21の新たに合成されたtRNAサロゲートを使用してシステムエンジニアリングを行いました。進化アルゴリズムを採用し、tRNA豊富度の違いによって速度が速くなるか遅くなるかを予測した分子合成システムを実際に構築し、テストを行い、予想と観察された結果との質的な一致を見出しました。

5. 本研究の有効性はどのように検証した？
- 本研究では、物理学ベースのツールにより、tRNA豊富度を予測することができました。また、21の新たに合成されたtRNAサロゲートを使用して分子合成システムをエンジニアリングし、実際に構築およびテストを行い、現象と理論モデルの一致を見出しました。