국립 선진 산업 과학 기술 연구소 (Yoshikawa Hiroyuki의 회장) (이하 "AIST"라고 불림) 생물학적 공학 연구 부서 [연구 부장 인 Iwakura Masahiro] 분자 세포 육종 연구 그룹 Honda Shinya는 이전의 연구원 인 Toshiho의 전자 연구원 인 Toshiho가 초청되었습니다 생물학적 정보 분석,생명 및 정보 공학 연구 센터분자 기능 계산 팀 Sekijima Masakazu 연구자들과 협력하여 10 개의 아미노산으로 구성된 새로운 단바카라 꽁 머니 CLN025를 합성하고 결정 및 용액에서 3 차원 구조를 결정했습니다 (그림 1) 또한, 3 차원 구조의 동적 분포는 컴퓨터 시뮬레이션을 사용하여 분석되었으며, 단지 10 개의 아미노산으로 구성된 분자조차도 본질적인 구조를 가질 수 있음을 입증 하였다
현재까지보고 된 가장 적은 수의 결정화 단바카라 꽁 머니은 35 개의 아미노산으로 구성되어 있으며, 지배적 인 견해는 분자 내 상호 작용을 통해 본질적 형태를 안정적으로 형성하기 위해 적어도 30 내지 50 개의 아미노산이 필요하다는 것이다
이 연구는 "단바카라 꽁 머니이란 무엇입니까?"라는 기본 질문에 대한 학문적 재고를 장려했으며 CLN025의 합성에서 개발 된 분자 설계 기술은 제약 분야에 적용될 것으로 예상됩니다
이 연구 결과는 2008 년 10 월 25 일에 미국 화학 학회지의 전자 버전에 발표되었습니다
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그림 1 신규 단바카라 꽁 머니 CLN025 (왼쪽)의 결정의 현미경 사진 및 X- 선 회절 (오른쪽)에 의해 얻어진 결정의 구조
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생명 과학은 인간 게놈의 결정으로 큰 변화를 겪었습니다 컴퓨터의 사용은 엄청난 양의 DNA 정보를 처리하는 데 필수 불가결하게되었으며 통계 분석이 중요해졌습니다Bioinformatics개발되었습니다 또한 조각화에 의해 생성 된 개별 정보를 구성하고 통합하여 개별 계층 또는 이벤트가 아니라 전체 시스템을 이해하려고 노력합니다시스템 생물학또한 나타났습니다
그러한 상황에서합성 생물학"현재 만들어지고있다"는 조직화 된 정보를 기반으로 새로운 인공 시스템을 만들려고 시도합니다 이것은 공학 행위 일뿐 만 아니라 방대한 양의 정보의 본질을 결정하는 신체 활동이기도합니다 단바카라 꽁 머니은 생명을 지니는 가장 중요한 물질 중 하나이지만 합성 생물학의 대상으로 인공 단바카라 꽁 머니을 만드는 것은 단바카라 꽁 머니의 본질을 결정하는 작업입니다해결되지 않은 단바카라 꽁 머니 문제에 대한 솔루션으로 이어질 수 있습니다
AIST의 생물학적 기능 공학과의 분자 세포 육종 연구 그룹은 "생물학 및 조작 생물학을 아는 것에서 생물학 생성에 이르기까지"의 모토와 함께 단바카라 꽁 머니 설계 연구를 수행하고있다 이 그룹은 먼저 Cygnoline이라는 10 개의 아미노산으로 구성된 "최소 단바카라 꽁 머니"을 성공적으로 만들었습니다Signorine단바카라 꽁 머니로는 매우 작지만 수용액에서는 분자 내 상호 작용을 통해 본질적인 3D 형태를 형성하고, 온도가 상승하거나 감소함에 따라 거부/회복/재생 (AIST : 10 개의 아미노산으로)
AIST는 10 개의 아미노산의 가장 작은 단바카라 꽁 머니 ( "Signorine"이라고 함)이 고유 한 3 차원 구조가핵 자기 공명 방법(NMR)를 사용하여 이루어졌습니다 그러나 NMR 데이터로 확신하지 못한 전문가들이 있었으므로 모든 사람이 인식 할 수 있다는 증거를 제공하기 위해 과학자가 있습니다결정화물질이 결정화되기 위해서, 다수의 분자가 동일한 3 차원 구조를 형성해야한다 당시 결정화의 하한은 35 개의 아미노산 이었으므로 10 개의 아미노산으로 결정화되면 그 자체로 과학적 메시지가 될 것이라고 생각했습니다 그러나, 시그널린의 변성 온도는 42 ℃이고, 저온에서도 수정 된 구조의 약 20%가 용액에 공존하여 결정화하기가 어렵다 따라서, 우리는 10 개의 아미노산의 동일한 조건에서 Cygnoline보다 더 안정적 인 변형을 만들려고 시도했습니다 결과적으로, 본 발명자들은 시그놀린의 2 개의 아미노산을 다른 유형의 아미노산으로 대체함으로써 70 ℃의 변성 온도를 갖는 인공 단바카라 꽁 머니 CLN025를 성공적으로 얻었다 (도 2)
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그림 2 : 시그놀린의 아미노산 서열 및 신규 한 단바카라 꽁 머니 CLN025
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새로운 단바카라 꽁 머니 CLN025의 결정을 얻기 위해 다양한 조건이 조사되었고, 우리는 고품질의 단결정을 얻는 데 성공했다 이것을 사용하십시오X- 선 회절 방법로 결정되었다 011 nm (나노 미터)의 해상도에서 (그림 3) 이것은 CLN025 분자가 결정에서 고유 한 3 차원 구조를 형성한다는 것을 밝혀냈다 다음으로, NMR에 의해 구조적 분석을 수행하여 결정에서와 동일한 3 차원 구조가 수용액에서 유지되었음을 밝혀냈다 이들 결과는 CLN025가 분자 내 상호 작용을 통해 자발적으로 분자-특이 적 형태를 형성한다는 것을 입증한다 또한 시그놀린의 결정된 구조 및 구조는 주 사슬의 관점에서 거의 동일하고, 두 치환 된 아미노산은 분자의 전체 구조를 유의하게 변경하지 않았 음을 확인했다
CLN025의 결정화는 "아미노산이 적은 펩티드가 펩티드이고, 특정 수보다 더 많은 단바카라 꽁 머니"이라는 전통적인 인식이 단지 경험적 가이드라는 것을 시사한다 그렇다면 단바카라 꽁 머니과 펩티드를 구별하는 것은 무엇입니까? Honda Research Group의 지도자들은 주어진 시퀀스가 취할 수있는 다양한 3 차원 구조의 동적 분포가 중요하며, 1 마이크로 초의 대규모는 1 마이크로 초라고 생각합니다분자 역학 시뮬레이션AIST Institute of Life and Information Engineering Research Center에서 설립되었습니다병렬 컴퓨터CLN025의 분자 구조의 시간적 변화는 "청색 단바카라 꽁 머니"시스템을 사용하여 분석되었다 또한, 우리가 CLN025와 동일한 조성물을 갖는 분자를 계산하고 아미노산의 순서 만 대체했을 때, CLN025에서만 구조적 분포에 유의 한 바이어스가 있음을 확인했다 이것잠재적 에너지 표면로 표시되면 한 지점에서 깊은 계곡이있는 깔때기와 같은 모양으로 변합니다 (그림 3) 깔때기의 바닥에 위치한 컴퓨터 시뮬레이션의 3 차원 구조는 X- 선 회절 및 NMR에 의해 밝혀진 3 차원 구조와 일치했다
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그림 3 : 분자 구조 (왼쪽) 및 CLN025 (오른쪽)의 동적 구조 분포에 의해 생성 된 잠재적 에너지 표면 (오른쪽)
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최근 몇 년 동안, 이론적 연구는 깔때기와 유사한 잠재적 에너지 표면이 천연 단바카라 꽁 머니의 속성이라고 제안했다 연구 그룹 Honda와 다른 사람들의 헤드는 폴리펩티드 중 하나라도 단일의 매끄럽고 깔때기와 같은 잠재적 에너지 표면을 갖는 경우 "이상적인 단바카라 꽁 머니"은 "이상적인 단바카라 꽁 머니"으로 정의 될 것을 제안했다 여기서 "이상"은 무엇입니까?이상적인 가스YA이상적인 솔루션와 유사하게 단바카라 꽁 머니의 이상적인 행동을 의미합니다 실제 가스와 액체가 이상적인 가스 및 용액으로 정의 된 상태와 정확히 일치하지 않는 것처럼, 천연 단바카라 꽁 머니은 이상적인 단바카라 꽁 머니에 의해 정의 된 상태와 정확히 일치하지 않을 수 있습니다 그러나 이상적인 상태를 정의함으로써 만 이상과 현실의 차이를 설명 할 수 있습니다
전통적으로, 단바카라 꽁 머니과 같은 생물학적으로 유래 된 물질은 분류 학적 및 유도 정의 일 뿐이며, 물질 과학적 또는 연역적 정의는 존재하지 않는다 예를 들어, "생체 내 폴리펩티드"의 유도 정의는 유전자 공학에 의해 가능한 아미노산의 삽입 또는 융합에 의해 생성되는 단바카라 꽁 머니을 지칭하지 않는다 알려지지 않은 유전자 서열이 공룡 화석 내에서 확인되거나 화성의 얼음에서 폴리펩티드가 발견 되더라도 단바카라 꽁 머니이라고 할 수 없습니다 즉, 그것을 기존 물질 목록과의 불일치로 정의하는 것은 무력하며 알려지지 않은 물질에 대한 보이지 않는 부조리 또는 팽창을 동반합니다 대조적으로, "이상적인 단바카라 꽁 머니"의 정의는 관심 서열이 자연적으로 비 자연적인지 비현실적인지에 관계없이 폴리펩티드의 물리적 상태에 적합한 지 여부를 결정한다 이것은 "하이드 록실 그룹을 가진 탄화수소"를 알코올로 정의하는 것과 동일한 논리이며, 이는 실제로 합성 가능 여부에 관계없이 표적 물질이 알코올인지 여부를 결정할 수 있습니다
단지 10 개의 아미노산으로 구성된 인공 단바카라 꽁 머니은 자발적으로 분자-특이 적 입체 형태를 형성하고 결정화하고 "이상적인 단바카라 꽁 머니"의 개념을 형성하고 결정화한다는 사실은 폴리펩티드의 동적 구조적 분포에 의해서만 정의 될 수 있으며 단바카라 꽁 머니의 기존의 인식을 변화시킬 것으로 예상되며, "단바카라 꽁 머니이 무엇인지에 대한 기본 제안"에 대한 새로운 토론을 변화시킬 것으로 예상된다
합성 생물학의 관점에서, 우리는 시올린의 기능화와 구성을 조사하고 단바카라 꽁 머니의 화학적 진화에 대한 우리의 고려 사항을 심화시킬 것이다 또한 분자 설계 기술의 발전을 발전시키고 분자 설계 소프트웨어를 개발 함으로써이 회사는 의료 산업의 단바카라 꽁 머니 관련 분야로 확산을 확장하는 것을 목표로합니다