生物工学：自身のRNAゲノムを封入するように設計されたタンパク質集合体の進化
Nature 552, 7685 doi: 10.1038/nature25157
複雑な生化学的環境での進化の課題、すなわち、遺伝型を表現型に結び付けて、遺伝物質を保護することは、生物系では核酸を封入することで見事に解決されている。最も単純な例として、ウイルスはキャプシドを用いて自身のゲノムを包んでいる。このような自然に生じる系は、その親和性を変化させたり、タンパク質やペプチドを露出させたりするように改変されてきたが、数十億年にわたる進化ではモジュール性を犠牲にして効率を選択してきたため、ウイルスのキャプシドを人工的に作製することは困難である。非ウイルス性タンパク質で構成された合成系は、薬剤送達などの生物医学応用で求められる特性を進化させられる「白紙状態」を提供し、ウイルスに関連する安全性リスクや人工的な難題を回避できる。今回我々は、コンピューターにより設計された二十面体のタンパク質集合体である合成ヌクレオキャプシドを作製した。その内部表面は正に帯電しており、自身の完全長mRNAゲノムをパッケージングできる。大腸菌（Escherichia coli）を発現宿主として用いて、さまざまな集団を作り出すことで、このようなヌクレオキャプシドがウイルス様の特性を進化させることができるかどうかを調べた。数世代の進化によって、ゲノムのパッケージングは133倍以上、血中での安定性は3.7％から71％に（投与の6時間後に保護されていたパッケージングRNAの割合）、およびin vivoでの循環時間は5分未満から約4.5時間へと、それぞれ顕著に改善した。得られた合成ヌクレオキャプシドは、二十面体集合体11個につき完全長RNAゲノムを1つパッケージングしており、これは最良の組換えアデノ随伴ウイルスベクターと同等であった。我々の結果から、タンパク質集合体がウイルス様のゲノムのパッケージングや保護を獲得できる単純な進化の道筋があることが示された。薬剤送達やワクチンへの応用のために、安全で効率的な「トップダウン」方式のウイルス改変に多大な努力が注がれてきた。今回、コンピューターにより合成ナノ材料を設計し、進化を介して最適化できることが示され、プログラム可能性と制御においてかなりの利点を有する、相補的「ボトムアップ」手法が可能になった。
