人工合成されたDNAでも命を支えられる
近年の急速な遺伝工学の進歩により、生命の設計図であるDNAを読み取るだけでなく、人工的に組み立てることが可能になってきました。
そこで着目されたのが、人工合成されたDNAを遺伝子として持つ、生命の作成です。
人工的に作られたDNAであっても、配列が適切なものであれば、細胞内部で生命の設計図として働くことが可能なはずだからです。
この予想は正しく、これまでの研究により細菌やウイルスなどの遺伝子を、全て人工DNAに置き換える試みに成功しました。
しかし人間と同じく細胞内に核を持つ「真核生物」のゲノムは細菌やウイルスよりも遥かに複雑です。
たとえば大腸菌のような細菌には1本の染色体しかありませんが、真核生物である酵母の場合、16本もの染色体を持つことが知られています。
そのため真核生物のDNAを人工物に置き換える試みは、難航していました。
そこで今からおよそ17年前、アジア・ヨーロッパ・北アメリカ・オセアニアなど複数の研究者たちが合同して、完全合成ゲノムを持つ酵母株の作成を目指す「Sc2.0」と呼ばれるグループが立ち上げられました。
DNAを剪定してスリムにする
研究グループは手始めに、酵母の16本の染色体を1本ずつ順番に人工物に変えることを目指しました。
人工染色体を組み立てるにあたっては、ゲノムの不安定性を排除するため、何も遺伝子をコードしていないジャンクDNA（イントロン）やゲノム内部を飛び回ってDNA配列を破壊してしまう、トランスポゾンと呼ばれる反復配列も削除されました。
（※トランスポゾン（反復配列）はDNAの配列を不安定にする「ゲノム寄生虫」として知られています。ゲノム寄生虫はゲノム情報に寄生することで、情報としての自己を複製することで生存しています。このような寄生虫の存在はDNAを不安定化させる要因となります）
ゼロからDNAを組み立てるメリットの1つは、これらジャンクDNAやゲノム寄生虫を組み立て段階で排除できる点にありました。
不確実性が高い領域を1本の新しい染色体にまとめる
またDNAを組み合立てるにあたり、アミノ酸を運んでタンパク質を作るための遺伝子「トランスファーRNA（tRNA）」も削除され、まとめて1本の完全に新規な染色体（17番目）に集められました。
トランスファーRNA（tRNA）の遺伝子はDNA配列が不安定化しやすい変異のホットスポットとして知られており、人工染色体の安定性を高めるには、それぞれ元の染色体から切り離して1つにまとめておく方が有用と判断されたからです。
超高速進化のスイッチを埋め込む
加えて、DNA配列の一部を染色体間で交換できるようにする部位を新たに3000カ所、ゲノムに追加しました。
この組み換え部位は自由にオンオフを切り替えることが可能で、オンにすれば組み換えが多発し、超高速での進化を促せます。
この仕組みは主に産業用途を主眼にしており、高速進化を促すことでより有用な生物を生み出すことを目的としています。
研究ではこれら改定の設計は主にコンピューター内部で行われ、設計図に基づいて実験室内でDNAの組み立てが行われていきました。
結果、この試みは順調に進み、1本の人工染色体と15本の天然染色体から成る、酵母家系が作成されました。
