愛媛大学らは,発現阻害物質の影響を受けることなく,外界標的分子の濃度依存的に強度を変えて光る人工細胞の創製に成功した(ニュースリリース)。
無細胞系(無細胞タンパク質発現システム)は,生細胞の制約を受けずに添加遺伝子から検出容易なレポータータンパク質を発現できる。また,無細胞系を天然細胞のように脂質二重膜などで覆って人工細胞化すれば,周囲の発現阻害物質による悪影響も回避できるため,バイオセンサーの基盤として注目されている。
これらの無細胞系を基盤としたセンサーが標的分子のシグナルをタンパク質発現に変換するためには,相応の機能を導入する必要がある。その有力な候補として挙げられるのが「リボスイッチ」。リボスイッチは,分子応答性の遺伝子発現制御配列で,タンパク質遺伝子と融合させると,特定の分子に応答して当該タンパク質の発現を制御できる。
天然に存在するリボスイッチの種類は限られているが,ユーザー定義の分子に応答するリボスイッチを人工的に作製することも可能。実際に,「無細胞系」および「促進型の人工リボスイッチとレポータータンパク質遺伝子の融合体」をリポソームに封入することで,外界分子に応答して内部でレポータータンパク質を発現する人工細胞センサーが幾つか報告されてきた。
しかし,これまでに報告された同種の人工細胞は,原核生物の無細胞系を使用しているため,室温付近で上手く機能しない問題があった。また,リボスイッチの設計についても課題があり,標的分子の多様性を拡大することは困難だった。
この研究では,広範囲の室温領域で機能する小麦無細胞系とともに,当該無細胞系において高効率で機能する高モジュール性の促進型人工リボスイッチを使用した。後者については,研究グループが確立した合理設計法に基づいてリボスイッチ内の標的分子認識部位を交換することで,応答する標的分子を変換が可能。実際に,3種の標的分子に対応するリボスイッチをそれぞれ作製して,異なる種類のレポータータンパク質遺伝子と融合させたとしている。
また,これらの融合体をそれぞれ小麦無細胞系とともに天然サイズのリポソーム(巨大単層膜ベシクル)に封入することで,「外界標的分子の濃度依存的な強度」かつ「各標的分子に特異的な色」で光る人工細胞を創ったという。各人工細胞は,直交性を持って機能するため,3種の人工細胞の混合物を用いることで,全標的分子を室温で同時検出することにも成功したとしている。