非標準的な遺伝暗号を用いたエラー最小化理論の実験的検証
Experimental verification of the error minimization theory using non-standard genetic codes constructed in vitro
標準遺伝暗号(SGC)は、20種類のアミノ酸を非ランダムに割り当てている。エラー最小化理論によれば、アミノ酸の配置は突然変異の影響を最小化するように進化してきたが、その実験的検証は限定的であった。本研究では、in vitroで10種類の非標準遺伝暗号(non-SGCs)を構築し、3種類のアミノ酸(Ala、Ser、Leu)を空きコドンに再割り当てした。これらのnon-SGCsの多くは、SGCと比較してアミノ酸置換コストがより高いことが、極性要求(PR)、分子体積(MV)、疎水性指数(HI)の3つのアミノ酸特性に基づいて計算された。これらのnon-SGCsを用いて発現させた3つのレポーター遺伝子のタンパク質機能は、ランダムな突然変異を導入した場合に同様に低下し、突然変異の影響はテストされたnon-SGCs間で同等であることが示唆された。この結果は、突然変異ロバスト性が、本研究でテストされたコスト範囲(コストPR: 5.29–5.77、コストMV: 1848–2348、コストHI: 3.27–5.10)内で、個々のレポータータンパク質活性において有意に変化しないという直接的な実験的証拠を提供する。このコスト範囲は、ランダムに生成された100万個の遺伝暗号間で達成可能なコスト範囲の約18.4%(PR)、37.6%(MV)、50.8%(HI)をカバーする。
本論文は遺伝暗号の進化におけるエラー最小化理論をin vitro実験で検証した基礎研究であり、合成生物学における遺伝暗号再設計の基盤知見を提供する点で興味深い。しかし、現時点では基礎的な学術発見の段階に留まっており、特定の企業の製品開発や事業化に直結する具体的な成果や発表がなく、投資家が直ちに投資判断を下せるような事象ではない。今後の応用展開を見守るポジションが妥当。