糖尿病のインスリンや血友病の凝固因子などの薬は治療用タンパク質であり、研究室で合成するのは困難だ。 そのため科学者は細菌を小さなタンパク質製造工場として加工して使用している。しかし、バクテリアや他の細胞の助けを借りたとしても、医療または商業用途のタンパク質を生産するプロセスは面倒で費用が掛かる。
セントルイスにあるワシントン大学医学部の研究者が、タンパク質生産を最大で1000倍まで高める方法を発見した。 Nature Communicationsで2019年12月18日にオンラインで公開されたこの調査結果は、特定のタンパク質ベースの医薬品、ワクチン、診断薬、および食品、農業、生体材料、バイオエネルギー、化学工業で使用されるタンパク質の生産量を増やし、コストを削減するのに役立つという。このオープンアクセス論文のタイトルは「短い翻訳領域がタンパク質合成の効率を決定する（A Short Translational Ramp Determines the Efficiency of Protein Synthesis.）」と題されている。
「医療または商業用途向けのタンパク質の製造プロセスは、複雑で、高価で、時間が掛る可能性がある」と、細胞生物学および生理学の准教授であり本研究論文の著者であるSergej Djuranovic 博士は述べた。 「各細菌が10倍のタンパク質を生産できるようになれば、仕事を完了するのに必要な細菌量は1/10になる。これにより、コストが大幅に削減される。 この手法は、あらゆる種類のタンパク質で機能する。なぜなら、この手法は普遍的なタンパク質合成機構の基本的な特徴だからだ。」
タンパク質は、何百ものアミノ酸残基から構成されている。 Djuranovic 博士と筆頭著者である研究室の学部研究者のManasvi Verma氏は、研究者は、特定の遺伝子から生成されるタンパク質の量を制御する方法を探していたが、異なる研究の実験が期待通りに機能せず、最初の数個のアミノ酸の重要性でつまずいた。
「最初の数個のアミノ酸配列を変更してもタンパク質発現に影響を及ぼさないと考えていたが、タンパク質発現を300％増加させた」とDjuranovic博士は述べた。 「それで、なぜそれが起こったのか調べ始めた。」
研究者たちは、生成された蛍光の量を測定することでサンプル中のタンパク質の量を推定する研究ツールである緑色蛍光タンパク質に注目した。 Djuranovic 博士と同僚は、緑色蛍光タンパク質の最初のいくつかのアミノ酸配列をランダムに変更し、9,261の異なるバージョンを生成した。
研究者らは、緑色蛍光タンパク質のさまざまなバージョンの輝きは、最も暗いものから最も明るいものまで数千倍も異なり、生成されるタンパク質の量に千倍の違いがあることを発見した。 綿密な分析とさらなる実験により、Djuranovic博士、Verma氏、およびワシントン大学とスタンフォード大学の共同研究者は、タンパク質鎖の3番目、4番目、および5番目の位置で特定のアミノ酸の組み合わせを見つけた。さらに、同じアミノ酸のトリプレットは、もともとクラゲに由来する緑色蛍光タンパク質の生産を増加させただけでなく、サンゴやヒトのような遠縁種からのタンパク質の生産も増加させた。
この調査結果は、医療用途だけでなく、食品、農業、化学、その他の産業でのタンパク質の生産を増やすのに役立つ可能性がある。
「タンパク質生産の増加から利益を得ることができる方法は非常に多くある」と、Djuranovic 博士は述べた。 「生物医学の分野では、医薬品、ワクチン、診断、医療機器の生体材料に使用される多くのタンパク質があり、生産を改善できればより安価になる可能性がある。」「そして、それは食品産業で使用するために生産されたタンパク質は言うまでもない。例えば、チーズ製造で非常に重要なキモシンと呼ばれるものがある-化学産業、バイオエネルギー、科学研究など。 タンパク質生産の最適化は、広範な商業的利益をもたらす可能性がある。」
Djuranovic 博士は、米国仮特許＃62 / 540,897「タンパク質の翻訳効率を調整する方法」を保有している。この特許はワシントン大学が所有し、ワシントン大学技術管理局（管理番号T061889）が管理している。
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緑色の蛍光タンパク質のチューブは、タンパク質を多く含むと、より明るく輝く。 ワシントン大学医学部の研究者は、タンパク質の生産を最大で1000倍に増やす方法を発見した。これは、医療、食品、農業、化学、その他の産業で使用されるタンパク質の生産を支援できる発見である。 （クレジット：Sergej Djuranovic）
BioQuick News:Scientists Find Way to Supercharge Protein Production; Discovery Promises to Aid Production of Protein-Based Drugs, Vaccines, Other Biomaterials
