進化的アプローチによる等温DNA複製のための要素の最小化

Minimization of Elements for Isothermal DNA Replication by an Evolutionary Approach.

• Hiroki Okauchi
• Yoshihiro Sakatani
• Kensuke Otsuka
• Norikazu Ichihashi

抄録

DNA複製は細胞の中心的な機能の一つです。現代のDNA複製システムの複雑さは、より少ないタンパク質を使って、よりシンプルな連続等温DNA複製を実現することが可能なのかという疑問を投げかけている。ここで、我々は進化論的アプローチを用いて、そのような複製を探索した。phi29 DNAポリメラーゼを用いた長期連続希釈実験により、大きな反復DNAが自然発生的に出現し、連続的に複製することを発見した。複製には繰り返し配列が重要である。任意の配列であっても、多くの繰り返しを含んでいれば複製することができます。また、そのDNAから発現したポリメラーゼを用いて、10回繰り返して連続的にDNAを複製することも実証した。この研究により、現代の生物が採用している方法よりも単純な方法で連続的な等温DNA複製が可能であることが明らかになり、より単純な人工細胞合成のための代替戦略を提供し、DNA複製の原始的な形態の可能性への手がかりを提供した。

DNA replication is one of the central functions of the cell. The complexity of modern DNA replication systems raises a question: is it possible to achieve a simpler continuous isothermal DNA replication using fewer proteins? Here, we searched such replication using an evolutionary approach. Through a long-term serial dilution experiment with phi29 DNA polymerase, we found that large repetitive DNAs spontaneously appear and continuously replicate. The repetitive sequence is critical for replication. Arbitrary sequences can replicate if they contain many repeats. We also demonstrated continuous DNA replication using expressed polymerase from the DNA for 10 rounds. This study revealed that continuous isothermal DNA replication can be achieved in a scheme simpler than that employed by modern organisms, providing an alternative strategy for simpler artificial cell synthesis and a clue to possible primitive forms of DNA replication.