長鎖DNA合成?解析技術の開発DBTLサイクルに即した長鎖DNA構築技術の開発

摘要

スマートセル開発におけるDBTL (Design-Build-Test-Learn) サイクルのBuildは、Designで得られた配列を設計通りに実物の長鎖DNAに変換するステップである。Buildは、従来、月スケールの時間を要するDBTLサイクルの律速段階であったことから、長鎖DNA合成のスピードアップのために、必要な工程を一カ所に集約したバイオファウンドリーの整備を行った（図1)。任意の長鎖DNAを構築するためには、化学合成DNAを出発材料に用いるが、化学合成では200塩基程度の短い一本鎖DNAしか合成できないため、これらを並列合成し、相補性を利用して張り合わせたり、伸長したりすることにより、いったん数kb程度の遺伝子レベルの長さの二本鎖DNAを合成する。これらをさらに遺伝集積法によりつなぎ合わせることで、目的とする長鎖DNAを合成する。従来は30kbの長鎖DNAを構築するためには、2か月以上の時間とコストが掛かっていた。この主な要因は、遺伝子レベルの長さの二本鎖DNAを受託合成会社に外注して調達していたが、納期に大幅な時間がかかる、あるいは合成を引き受けてもらえないことにあった。さらに、合成に要する金銭的コストも高く、1塩基当たり数10円を要していた。2016年から開始された本NEDOプロジェクトのBuildステツプでは、長鎖DNA合成期間の短縮とコストの削減を目標とした研究開発を行った。その結果、枯草菌を用いた遺伝子集積方法のOGAB法を核とした、出発材料のDNAの化学合成から最終工程の長鎖DNAの大量調製までの一連の工程を一カ所に集約した長鎖DNA合成のバイオファウンドリーを神戸大学に構築した（図1)。特に、DNAの化学合成法や、化学合成DNAをハイブリダイズして二本鎖DNAを合成する方法を工夫することにより、従来は困難であった、高度に繰り返しを含む配列や高GC含量の配列も合成できるようになった。これにより30kb程度の長鎖DNAを、1塩基当たり数円のコストで、2週間程度という期間で製造できるようになり、従来の時間コスト、金銭コストの大幅な削減を達成した。