ナノ・マイクロメートル小胞における非平衡代謝ネットワークの構築

オランダでは、BaSyCコンソーシアムが分子成分から合成細胞を構築することを目指しています。BaSyCコンソーシアムは、分子生物学から化学、物理学、計算科学まで幅広い研究グループで構成されています。本コンソーシアムは、情報伝達と分断を自律的に行う自己複製システムの構築を目指しています。

そして現在、私たちはより複雑な分子システムに向けて統合された分子ネットワークの構築に焦点を当てています。合成生物学における最近の開発には、細胞機能のためのモジュールのエンジニアリング、診断、治療、合成免疫学、および適応材料への応用のための複雑なネットワークへの統合が含まれます。この進歩は、ヨーロッパ、アメリカ、アジアのグループにまたがり、合成細胞構築に対するトップダウンとボトムアップの両方のアプローチを進歩させています。

私たちの分野では、代謝ネットワークを構築・最適化するための工学的・進化的手法が現在展開されています。分子選択にはAIを、成分の分離とネットワーク形成には高度な生化学的および生物物理学的手法を使用します。また、膜の再構成、物理的カプセル化、蛍光分光法や顕微鏡法による可視化も採用しています。

モジュールの集積化に伴い、膜タンパク質や酵素の数が膨大に増加し、再構成技術やカプセル化技術に制約が生じています。サブミクロンサイズの小胞では確率的なカプセル化が問題となり、脂質膜内で複数の膜タンパク質が再構成されると、マイクロメートルサイズの小胞の形成効率が低下します。フローニンゲンでは、ATP生産のための代謝ネットワークを開発し、基質供給と製品輸出を通じて非平衡状態を維持しています。

さらに、ATPのリサイクルを脂質前駆体の合成と排泄に結びつけることで、二次小胞が脂質を産生することを可能にしたのは、当研究室の大きな進歩です。