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【初級】自然界に存在しないタンパク質を作る方法

2018/07/23

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自然界に存在しないタンパク質の作製に成功した」という研究が報告され、Science誌に掲載されました。(2018年3月、ワシントン大学Insitute of Protein Designのグループより報告)

栄養素としてのイメージが強いタンパク質。ミクロな目で見ると、彼らは細胞の中で様々なはたらきを持っています。
タンパク質のはたらきについての様々な研究が行われていますが、近年ではなんと自然界に存在しない全く新しいタンパク質を作ってしまおうという研究が盛り上がっています。
今回はそんな研究について紹介します。

博士、おはよう!
すっかり暖かくなってきてもうすぐ夏だね。


(カタカタカタ....)


博士?そんな真剣にパソコンに向かって何をしているの?


(カタカタカタ....)


博士?


おおっ!ビックリしたビックリした。
驚かせんでくれよ。


博士があんまり夢中だったから。
一体何を見てたの?


博士のパソコンの画面を覗くと....?

bs

うわっ、なにこの絡まった紐みたいなの。


絡まった紐とはいい表現じゃな。
実はこれ、タンパク質なんじゃ。


タンパク質って、栄養素のことだよね?
食べるとアミノ酸に分解されて栄養になる、みたいなやつだよね。


そう、その通り。実はそのタンパク質を作ろうとしていたんじゃ。


えー、パソコンなんか使って作れるの?
タンパク質って食べ物の中にあるんじゃないの?


ふっふっふ、「作る」と言っても本当に作るわけじゃない。「デザイン」をしてたんじゃよ。


でざいん...?


ファッションとかでもよくあるじゃろう?
実際に服を作る前に、まずは服のデザインを決めないといかん。
タンパク質でも同じじゃ。タンパク質を作る前に、まずはデザインを決めるんじゃ。


デザインなんて必要なの?タンパク質って、もうできてるものがたくさんあるじゃん。
コラーゲンとかケラチンとかって聞いた事があるけど、あれもタンパク質なんだよね。


それがな、今デザインしているのは、自然界に存在しないタンパク質なんじゃ。


自然界に存在しない?
どういうこと?


タンパク質というのは、遺伝子をもとに作られるのは知っているかい?
君の言っていたコラーゲンやケラチンと言ったタンパク質たちは、私たちの身体の中にある遺伝子の情報に従って作られているんじゃ。今デザインしているのは、どんな生物の遺伝子の中にも存在しないタンパク質なんじゃよ。


そんなことができるの!?
どこにもないタンパク質のデザインなんて、一体どうやったらできるの?


それを説明するためには、まずタンパク質について少し勉強してもらわないといかん。
さっき君はタンパク質のことを「絡まった紐」と言ったね?
まさしく、タンパク質はアミノ酸という物質が紐状に一列で繋がってできている。
そしてその紐がこんな風に絡まることでタンパク質の形ができるんじゃ。


Protein_folding_schematic

アミノ酸でできた紐が、絡まってタンパク質になる

そしてなんと、タンパク質がどう絡まってどんな形になるのかは、アミノ酸の並び方によってわかると考えられているのじゃ。


へー、そうなんだ!


そうすると逆に「こんな形のタンパク質が作れないかな?」から出発して、「じゃあこんなアミノ酸の並び方にすればいいんだ!」というのを決めることができそうじゃろ?


たしかにできそうな気がしてくるな。
「アミノ酸の並び方」って、タンパク質の設計図みたいな感じなんだね。


まさしくその通り。その設計図を作る、つまりどんなアミノ酸の並び方にするのかを決めるのが大変なんじゃ。
それを決めるには膨大な量の計算が必要でな、だからコンピューターの出番、というわけじゃ。


なるほどね。でもアミノ酸の並び方を決めるって、どういう風にできるの?


幾つかの方法があるが、よく用いられるのはタンパク質データバンクを用いたやり方じゃな。
このデータバンクには、これまでの研究で形の分かったタンパク質のデータが蓄えられている。これまでの多大なる努力のおかげで、なんと今では14万個のタンパク質が登録されているのじゃ。(2018年5月現在)
この大量のデータを利用することで、このアミノ酸の並び方ならこういう形を取りやすい、というのを知ることができる。いろんなアミノ酸配列でそれを繰り返して、目的の形に近いものを見つけていくのじゃ。


なるほど...?
なんとなく分かったような分からないような。
とにかく、そのデータバンクっていうのが大事なんだね。


その通り。
ここ数年の研究のおかげで、今ではタンパク質の形をデザインして実際にその通りの形に絡まるアミノ酸の並び方を作ることができるようになってきているのじゃ!
ただ、タンパク質にも色々あってな、中には非常に設計図を描くのが難しいものもある。
だがついに今年、非常に作るのが難しいとされていたタンパク質でも、それができたのじゃ。


でも、そのデザインと設計って、そんなに役に立つの?


もちろんだとも。タンパク質の形は、そのはたらきと非常に関係がある。
この研究が進めば、望みのはたらきを持つタンパク質を自由に作れるような日が来るかもしれん。


-de novo protein, 初級

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