合成ゲノムとは何ですか？

合成ゲノミクスは、生物の生命を維持するために必要な生物の遺伝的または遺伝的情報の完全な集合体であるゲノムの作成に焦点を当てた生化学の分野です。 生物のゲノムは、コードを形成するデオキシリボ核酸（DNA）分子で構成されています。 遺伝子と呼ばれるこのコードの部分は、生物の細胞内のタンパク質の生成と相互作用を制御し、生物が機能することを可能にします。 合成ゲノミクスでは、科学者は研究や医療やバイオ燃料製造の実用化のためにゲノムを操作および再作成します。

DNAは、ヌクレオチドと呼ばれる繰り返し構造単位で構成されています。ヌクレオチドは、塩基対を形成し、遺伝暗号を構成するパターンを作成します。 ヌクレオチドとDNA配列は、さまざまな生化学的用途のために人工的に製造されていますが、合成ゲノミクスはより複雑なプロセスです。 機能的な合成ゲノムを作成するためには、自然のゲノムを完全に把握し、正確に複製するか、重要な機能に影響を与えないように修正する必要があります。

2010年、メリーランド州ロックビルのJ. Craig Venter Instituteに拠点を置く研究チームが、最初の合成細菌ゲノムを作成しました。 バクテリアMycoplasma mycoidesは、100万塩基対からなるゲノムを持っています。 チームは、合成的に生成されたヌクレオチドを使用して細菌の天然ゲノムを複製し、その細菌のDNAを合成マイコプラズマmycoides DNAで置き換えて、合成ゲノムを別の細菌の細胞に導入することができました。 新しいゲノムが配置されると、細胞は正常なマイコプラズマミコイデス細胞として機能し始め、その機能はすべてそのままになりました。

関与するシステムの複雑さにより、ゲノム合成の複雑化が容易に起こります。 たとえば、1つの塩基対がずれているか欠落している場合、セルはまったく機能しない可能性があります。 同様に、細胞がDNA内の情報を読み取って実行する生化学プロセス、および細胞環境とDNAの化学的相互作用は正確でなければなりません。

合成ゲノミクス技術は、バイオ燃料の生産などの産業および商業用途に適応できます。 2011年の時点で、一部の企業は、二酸化炭素を捕捉して処理して使用可能な物質にする際に、天然の藻類よりも効率的な合成藻類を作成する可能性を研究しています。 多くの研究者は、このように藻類を設計することで、バイオ燃料の生産がより費用効果が高く商業的に実行可能になると考えています。

合成ゲノミクスの他のプロジェクトには、産業または科学の能力で使用するために生物を改変するためにゲノムの一部のみを合成することが含まれます。 例としては、作物の干ばつや害虫に対する耐性を高めるための植物ゲノムの改変があります。 医学では、微生物は特定の病気の治療薬として機能するように、または遺伝子治療を支援するために遺伝的に変更することができます。