新技術により、数千の遺伝子を一度に複製し、DNAサンプルからタンパク質ライブラリーを作成できるため、新薬の探索が加速する可能性がある。
遺伝子の機能を解明するには、DNA配列を複製して発現させる必要がある。これまでは一度に1つの遺伝子を扱っていたため、ボトルネックになっていた。
「タンパク質やその他の遺伝要素を迅速かつ低コストでハイスループットにクローニングできれば、ゲノムにコードされた分子の機能を解明する生物学研究が大きく加速し、新たなゲノム配列データが生み出されるペースにも対応できると考えています」と、ラトガース大学ニューブランズウィック校の生物医学工学部准教授、ビジュ・パレッカダン氏は述べる。
学術誌Nature Biomedical Engineeringに掲載された研究で、研究者らは、LASSO（long-adapter single-strand oligonucleotide）プローブと呼ばれるこの技術により、長いDNA断片を一度に数千個捕捉して複製できることを示した。
概念実証として、研究者らはE. coli細菌から3,000を超えるDNA断片を複製した。同細菌は、ゲノム配列が解読されてカタログ化されており、モデル生物として広く使われている。
「捕捉を目指した遺伝子標的の約95％を捕捉できました。その多くはDNA配列が非常に長く、これまでは難しいものでした」とパレッカダン氏は述べる。「今後、確実にさらなる改良が進むと思います。」
現在では、ゲノム配列（または複数の配列）から、これまでにない速さ、費用対効果、精度でスクリーニング用のタンパク質ライブラリーを作成でき、ゲノムから有益である可能性のある生体分子を迅速に発見できる。
研究を進めるなかで、研究チームは偶然にもゲノム配列解析分野の長年の課題を解決した。
個々のゲノムの遺伝子配列を解析する際、現在のゴールドスタンダードは、DNAを短い断片に分けて一つずつ配列解析し、それらを重ね合わせてゲノム全体の配列を組み立てる方法だ。しかし、重ね合わせの過程では短いリードの解釈が難しい場合があり、長いDNA断片を標的を定めてより効率的に配列解析する方法はなかった。
LASSOプローブはまさにそれを可能にし、現在の方式では約100塩基対を捕捉するところ、1,000塩基対を超える長さのDNA標的を捕捉できる。
研究チームはまた、ヒトマイクロバイオームのサンプルから、初めてタンパク質ライブラリー、すなわちタンパク質群を捕捉して複製したと報告した。ヒトの腸、皮膚、肺に定着する微生物群集に働きかける精密医療の取り組みを改善するには、ヒトマイクロバイオームを分子レベルで明らかにすることが第一歩だと、パレッカダン氏は付け加える。精密医療には、健康な微生物叢や疾患を引き起こす微生物叢を左右する要因を、分子レベルで深く機能的に理解することが必要だ。
現在、製薬業界では、医薬効果が期待できる分子を見つけるため、数千の分子からなる合成化学ライブラリーをスクリーニングしていると、パレッカダン氏は述べる。
「私たちの構想は、同じ手法を応用し、人間やその他の生物のゲノムから複製した、植物、動物、微生物由来の非合成の生体分子、つまり『天然』分子を迅速にスクリーニングすることです」と同氏は述べる。「これにより、製薬業界の創薬は、より多くの努力を伴うバイオ医薬品の創薬へと変わる可能性があります。」
現在進行中の次の段階では、クローニング工程を改善し、ライブラリーを構築して、私たちのゲノムに見つかる治療用タンパク質を発見する予定だと、パレッカダン氏は述べる。
