°Cという低温でDNA[用語1]を100万倍まで高速に増幅することに成功した。既存のDNA増幅法であるPCR反応[用語2]が鋳型にプライマー[用語3]を投入するのとは逆に、プライマーに鋳型を投入することで、マイクロRNA[用語4]のような短い核酸に対しても直接DNAを増幅することができる。多くの等温増幅反応で実用化の妨げとなっている、増幅対象の核酸が存在しなくてもDNAが非特異的に増幅される問題を、これまで知られていなかった人工核酸による抑制効果を見出して解決し、汎用的な検出性能を実証した。未来の情報通信技術(ICT)や分子ロボットの基盤技術として期待されるほか、病気のマーカーとなる核酸を検出して、がんなどの早期診断を実現する技術として、健康長寿社会への貢献が期待される。cover)に掲載される。L-TEAM反応のイメージ研究の背景と成果DNAやRNAといった核酸はタンパクと異なり、合成酵素で増幅することができる。微量な核酸から大量のDNAを増幅生成する反応はセンサーの役割を果たし、分子ロボットに組み込んで動作させたり、病気の目印となる核酸を検出して診断に利用したりするなど様々な応用が考えられる。1993年にノーベル化学賞の対象となり、研究用途でもっとも広く用いられているDNA増幅法であるPCR反応は高温サイクルが必要なため、専用の機器が不可欠である。高温条件に由来する多くの制約を抱えており、医療現場では限られた用途でしか利用されていない。低温のDNA増幅法が実用化されれば、様々な検査に利用することが可能になる。近年、DNAが配列情報にもとづいて結合する性質を利用してナノスケールの分子反応を制御する「DNAナノテクノロジー」と呼ばれる研究分野が発展してきた。2013)」といった、未来の情報通信技術(ICT)やロボット技術につながる新しい研究コンセプトが日本から提案されている。そこではDNAが情報を伝達する信号としての役割を果たすが、高温のDNA増幅法では他の分子が壊れてしまうため、分子ロボットを動かすことは難しく、低温でDNAを高速に増幅できる反応が望まれていた。小林聡教授らは、上記の応用に適した新しいDNA増幅法の研究に取り組み、体温レベルの温度でDNAを100万倍まで増幅するL-TEAM反応の開発に成功した。診断用マーカーとして注目が高まっているマイクロRNAなどの短い核酸の増幅に特に適しており、配列に依存しない汎用的な検出性能を持つことを実証した。cover)に掲載される。研究の経緯PCR反応のように高温サイクルを必要としないDNA増幅法として、これまで数多くの等温増幅反応が開発されてきた。°C程度の温度を必要とするものが多く、人の体温レベルの温度でDNAを増幅できる使いやすい反応が望まれていた。そのような反応も研究レベルでは多数報告されていたが、複数のプライマーを使用するため、短い核酸を増幅するにはプライマーが結合する配列を付加する反応が必要だった。増幅対象の核酸が存在しないときにもDNAを非特異的に増幅してしまったりするなどの問題があった。これに対して小宮助教らは、PCR反応をはじめとする既存の多くのDNA増幅法が、増幅対象の核酸を鋳型として外部からプライマーとなるDNAを投入していたのとは逆に、外部から鋳型となるDNAを投入して増幅対象の核酸をプライマーとして利用する(図2)デザインを採用した。これによって短い核酸からでも直接DNAを増幅する反応を実現できた。核酸医薬などに利用されている人工核酸(LNA[用語5])を鋳型に導入すると、非特異的な増幅が抑制される新たな効果を発見し、多くの等温増幅反応で実用化の妨げとなっている非特異増幅の問題を解決できた。今回開発したL-TEAM反応は、タンパクが関わる様々な反応と同時にDNAを増幅できるため、体内で動作する分子ロボットのセンサーとしての利用や、生化学検査と一緒に行える核酸検査の実現が期待される。10.1007/s00216-019-01878-z)。今回の研究成果は、DNAコンピュータと組み合わせることで、体内で核酸を検知して診断し、その場で治療する近未来の医療用分子ロボットを創出するための大きな一歩となる。直近の応用としては、病気のマーカーとなる核酸を検出し、がんの早期診断や予防医療を実現する技術として、健康長寿社会への貢献が期待される。(AMED)のA-STEP、内閣府のImPACT(野地博行PM)による助成を受けて行った。Acid(デオキシリボ核酸)の略。Acid(リボ核酸)の略。Reaction(ポリメラーゼ連鎖反応)の略。核酸中の増幅したい配列をはさむように設計した短いDNAを投入し、1.加熱による二本鎖DNAの解離、2.短いDNAがプライマーとして結合、3.増幅したい配列を鋳型としたDNAポリメラーゼ(合成酵素)によるDNA合成―の三つの反応ステップを、高温サイクルを繰り返すことで実行してDNAを指数的に増幅する。DNA合成酵素によるDNA合成では、合成する配列を指定する鋳型となる核酸上で、塩基の対合規則にしたがって1塩基ずつDNAが伸長合成される。通常は15~25塩基程度の長さの核酸が、伸長を開始するプライマーとして鋳型に結合することでDNA合成が始まる。20個前後の少数の塩基から成るRNA。東工大の教育に関連するWebサイトの構成です。