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東大、分子生物学の基本原理「セントラルドグマ」の理論的導出に成功

発表日:2019年10月2日

分子生物学の基本原理「セントラルドグマ」の理論的導出に成功

~情報と機能の分業を「対称性の自発的破れ」により解明~

1.発表者:

竹内 信人(ニュージーランド・オークランド大学 上級講師、東京大学生物普遍性連携研究機構 客員准教授)

金子 邦彦(東京大学大学院総合文化研究科広域科学専攻 教授、生物普遍性連携研究機構 機構長)

2.発表のポイント:

◆全ての生物において、細胞を構成する分子は、遺伝情報を担う分子と触媒機能を担う分子に分化している。この役割分化を、数学や物理学の基本概念である「対称性の自発的破れ」により説明した。

◆これまで遺伝と触媒の間で役割分化が起きる理由は、DNAやタンパク質などの分子が固有に持つ化学的性質によって説明されると考えられており、それが生命であれば普遍的に持つ必然的性質なのかは考察されておらず、またそれがシミュレーションや数学的理論によって導出できる生命に普遍的に性質であるとは考えられていなかった。

◆本研究成果は生命の起源の理解、またミニマルな細胞を構築するための基盤を与えることが期待される。一方で、機能と情報の分化は、たとえば多細胞生物における生殖細胞と体細胞の分化、あるいは社会性昆虫における女王とワーカーの分化など、生命のあらゆる階層で見られ、生命の進化を階層縦断的に考えるうえでも重要な視点を与えるものである。

3.発表概要:

生命の根本原理の1つは、ゲノムと触媒の区別、すなわち遺伝と触媒の分業である。現在知られている生物ではすべてDNAなどの核酸分子が遺伝情報を担い、そこから一方向に情報が流れ、タンパク質がつくられ、それが触媒としてDNAを含む細胞内の分子の合成を助けている。その一方で原始生命においてはゲノムと触媒は未分化であったと考えられている。ではこのような役割の分化はいかに生じたのであろうか。ニュージーランド・オークランド大学上級講師および東京大学生物普遍性連携研究機構客員准教授の竹内信人そして東京大学総合文化研究科広域科学専攻および生物普遍性連携研究機構の金子邦彦教授は、触媒機能を持ち複製する分子が集まった原始的細胞のモデルを考え、それが進化しながら複製していくシミュレーションを行なった。その結果、細胞が複製を続けていくと、その中の分子は触媒機能に特化したものと情報伝達に特化したものに分かれていくことを示した。さらにダーウィン進化の数学的理論を発展させて、この分化が、数学や物理学の基本原理である、対称性の自発的破れの概念で説明されることを示した。本研究成果は生命の起源の理解、複製細胞の進化実験への理論的基盤を与え、また社会一般での役割分業の理解にもつながる可能性がある。なお、本研究は科学研究費基盤(S)(15H05746)、新学術領域研究「進化の制約と方向性」(17H06386)、若手(B)(JP17K17657)、および国立大学改革強化推進補助金(特定支援型「優れた若手研究者の採用拡大」)のもとで行われた。

※以下は添付リリースを参照

リリース本文中の「関連資料」は、こちらのURLからご覧ください。

添付リリース

https://release.nikkei.co.jp/attach_file/0520360_01.pdf

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