進化分子工学

〜高速分子進化によるタンパク質・核酸の開発〜

新たな機能をもつ人工タンパク質・人工核酸創製への道標

創薬やバイオプロセスへの応用がひろがる注目の“進化分子工学”必須の一冊

総　論 構成的分子生物学 伏見　譲
1 複雑系への構成的アプローチ
2 タンパク質の分子設計と計算過程としての分子進化
3 生命の起源と生命の合成

第1章 構造情報と進化工学的アプローチがもたらした建設的タンパク質設計 梅津　光央，中澤　光，服部　峰充
1 はじめに
2 指向的進化工学
3 足場タンパク質を利用したタンパク質設計
4 ab initio 法的な立体構造予測の発展によるde novo タンパク質設計
5 おわりに

第2章 タンパク質工学の現状と進化分子工学との共存共栄 中村　聡
1 はじめに
2 アルカリキシラナーゼのドメイン構成
3 触媒ドメインの解析
4 キシラン結合ドメインの解析
5 おわりに

第3章 RNA ワールドの実験的検証 岩根　由彦，高辻　諒，加藤　敬行，菅　裕明
1 はじめに
2 天然リボザイム
3 人工リボザイムの開発によるRNA ワールドの検証
4 おわりに

第4章 タンパク質進化の機構 由良　敬，高井　美智留
1 はじめに 　
2 アミノ酸残基の重複
3 モチーフの重複による進化の機構
4 ドメインの重複による進化の機構
5 タンパク質の多量体化による進化の機構

第5章 人工細胞の構築に向けて 角南　武志，市橋　伯一，四方　哲也
1 はじめに
2 人工細胞の器をつくる
3 人工細胞の中身をつくる
4 人工細胞を測る
5 人工細胞を進化させる
6 おわりに

第6章 合成生物学 木賀　大介
1 はじめに
2 人工遺伝子回路
3 遺伝暗号の改変
4 おわりに

第7章 DNA コンピュータ 額田　崇志，陶山　明
1 はじめに
2 生命の中にあるコンピュータ
3 試験管の中のDNA コンピュータ
4 超並列計算と新しい可能性
5 DNA コンピュータによる生命システムの解析
6 DEAN 法による生命システムの解析
7 DNA コンピュータによる生命システムの合成
8 DNA コンピュータと進化分子工学の融合
9 おわりに

総　論 進化分子工学を構成する技術の開発 伏見　譲
1 はじめに
2 自己増殖技術
3 分子機能評価技術
4 分子多様性作出技術
5 遺伝子型表現型対応づけ技術
6 適応度地形評価技術と適応歩行技術

第1章 in vitro 自己増殖系 新井　秀直，伏見　譲
1 生物的自己増殖
2 核酸系の自己増殖
3 核酸・表現型分子結合系の自己増殖
4 コンパートメント中・核酸＋表現型分子系の自己増殖
5 その他 第2章 分子多様性作出技術

第1節 分子ライブラリーの作製と高度化 西垣　功一
1 分子ライブラリーには2 つのタイプがある
2 2 次ライブラリー
3 ストラテジーとしての「発達ライブラリー法」
4 おわりに

第2節 ADLibRシステムによる抗体の進化分子工学 黒澤　恒平，橋本　講司，瀬尾　秀宗，太田　邦史
1 はじめに
2 序　論 　
3 ADLibRシステム誕生の経緯
4 ADLibRシステムの進歩・改良
5 おわりに

第3章 遺伝子型―表現型対応づけ技術 根本　直人
1 はじめに
2 遺伝子型―表現型対応づけ
3 ウイルス型対応づけ技術
4 cDNA ディスプレイ法
5 おわりに

第4章 分子機能評価技術 ―高集積マイクロアレイチップ技術を利用する高速分子進化システムの開発― 一木　隆範
1 はじめに
2 オンチップ高速分子進化システムとその基盤要素技術
3 おわりに

第5章 適応度地形評価技術と適応歩行技術 相田　拓洋
1 配列空間と適応度地形について
2 適応度地形と進化能
3 突然変異の効果の相加性と適応度地形のタイプの関係
4 適応度地形の探査法とその適用例
5 変異効果の相加性を利用した有効な進化戦略
6 おわりに

総　論 進化分子工学のライブラリーの拡張―天然ソースから非天然ソースへ― 鵜澤　尊規，多田　誠一，伊藤　嘉浩
1 はじめに
2 核酸ベースのアプタマー
3 ペプチドアプタマー
4 アプタマーの応用
5 おわりに

第1章 機能解明とデバイス開発

第1節 進化分子工学による構造と機能の共創出 本田　真也，渡邊　秀樹
1 はじめに
2 タンパク質進化の合理性
3 微小人工タンパク質シニョリン
4 構造ガイド付き段階的セグメント伸長による小型人工タンパク質の創製
5 進化コア
6 秩序の創発―配列と構造と機能が成す円環
7 おわりに

第2節 生物種を超えた16S rRNA 遺伝子の機能相補性の解明 宮崎　健太郎
1 リボソームの構造と機能
2 生物の系統分類の指標としての16S rRNA
3 自然界で見られる16S rRNA 遺伝子のゲノム内多様性とリボソームの可塑性
4 16S rRNA の「水平伝播」実験

第3節 進化分子工学を利用した新規分子認識素子の開発 阿部　公一，吉田　亘，池袋　一典
1 はじめに
2 SELEX に関して
3 修飾塩基を利用したSELEX
4 変異導入および組み換えによるアプタマーの改変
5 In silico maturation
6 おわりに

第4節 RNA 進化分子工学・分子デザインを活用した翻訳・細胞運命制御 齊藤　博英
1 はじめに
2 RNA モチーフを探そう
3 リボスイッチ：天然RNA が担う巧妙な遺伝子発現制御システム
4 RNP 相互作用に基づく遺伝子発現制御
5 mRNA スイッチの分子デザインと人工翻訳制御
6 RNP の実験進化と人工翻訳制御
7 人工shRNA スイッチによるRNA 干渉制御
8 RNA ON―OFF スイッチを活用した細胞死誘導回路の制御
9 今後の展望―RNA モチーフの探索と実験進化

第5節 人工代謝経路の構築のための進化分子工学 古林　真衣子，梅野　太輔
1 はじめに
2 天然経路の拡張のための酵素の進化工学
3 “Gatekeeper” を標的とした代謝進化工学
4 新規な人工代謝経路の特異性を進化させる
5 おわりに

第6節 蛍光バイオセンサーの開発 大倉　正道，中井　淳一
1 はじめに
2 蛍光バイオセンサーのパーツ
3 蛍光バイオセンサーの基本構造
4 蛍光バイオセンサーの種類
5 蛍光バイオセンサー開発の実際
6 今後の課題
7 おわりに

第7節 進化分子工学による新規タンパク質の創出とプロテオミクスへの応用 土居　信英，柳川　弘志
1 はじめに
2 抗体およびペプチド医薬の最適化
3 セルロース分解酵素の進化工学
4 進化分子工学から合成（構成的）生物学へ
5 プロテオミクスへの応用
6 おわりに

第2章 生産性向上とプロセス開発

第1節 酵素進化工学によって創出される多様なバイオポリマー 田口　精一
1 はじめに
2 乳酸重合酵素（LPE）の発見
3 乳酸ポリマー微生物工場の誕生
4 乳酸ポリマー微生物工場のモデルチェンジ
5 PLA が合成できたか
6 乳酸重合酵素による高光学純度ポリマーの合成
7 新カテゴリー“多元ポリ乳酸”
8 将来展望

第2節 進化分子工学を利用した光学活性エポキシ化合物生産プロセスの開発 戸田　弘，伊藤　伸哉 　
1 はじめに
2 光学活性エポキシ化合物を生産する酵素
3 進化分子工学を利用した各種モノオキシゲナーゼの改変
4 SMO を利用した光学活性エポキシ化合物の生産と進化分子工学的改変
5 おわりに

第3節 進化分子工学的手法による極性有機溶媒耐性PAR の創製と生産性の向上 伊藤　伸哉
1 はじめに
2 PAR の酵素化学的諸性質
3 進化分子工学による極性有機溶媒耐性PAR の創製
4 Sar268 およびHAR1 の諸性質
5 改変酵素による光学活性アルコール生産の向上

第3章 機能向上

第1節 産業酵素と抗菌ペプチド 田口　精一
1 はじめに
2 バイオポリマー重合酵素の改変
3 抗菌ペプチドの進化分子工学
4 おわりに

第2節 進化分子工学によるセルラーゼの改変 岡田　宏文
1 背　景
2 進化分子工学的改変の準備
3 EG �Vの進化分子工学的改変
4 まとめ

第3節 進化分子工学を利用したタンパク質分子育種技術 赤沼　哲史，山岸　明彦
1 はじめに
2 非耐熱性タンパク質の耐熱化設計
3 耐熱性タンパク質の低温における触媒活性の改善
4 おわりに

第4章 設計と創製 第1節 In vitro 進化分子工学による人工RNA 触媒の創製およびその機能解析と応用利用 井川　善也
1 機能性RNA とin vitro 進化分子工学
2 In vitro 進化分子工学によるRNA 触媒の人工創製
3 人工D―A リボザイムの改変
4 人工D―A リボザイムの応用
5 おわりに

第2節 進化分子工学による細胞膜受容体結合ペプチドの創製 上野　真吾
1 はじめに
2 細胞膜受容体調整方法
3 細胞膜受容体結合ペプチド創製手法
4 cDNA ディスプレイによるGPCR 結合ペプチドの創製
5 おわりに

第3節 MolCraft 法による人工タンパク質創製と医療分野への応用 芝　清隆
1 「繰り返し性」と「階層性」
2 MolCraft 法による人工タンパク質創製と医療分野への応用
3 まとめ

第4節 高速試験管内進化分子工学法 ―TRAP ディスプレイの開発と血管新生阻害ペプチド創製への応用― 石沢　尭大，川上　隆史，村上　裕
1 はじめに
2 TRAP ディスプレイの開発
3 TRAP ディスプレイを利用した血管新生阻害ペプチドの創製
4 おわりに

第5節 進化分子工学による人工酵素「抗体酵素」の設計と創出 藤井　郁雄
1 はじめに
2 免疫システム
3 テーラーメード人工酵素―抗体酵素
4 ファージディスプレイシステム
5 おわりに―酵素と抗体

第6節 人工特殊ペプチドの創製 西尾　洸祐，石橋　正成，後藤　佑樹，菅　裕明
1 はじめに
2 特殊ペプチドの有用性
3 特殊ペプチドの合成へのアプローチ
4 FIT システムおよびFIT システムによる特殊ペプチドの合成
5 RaPID システムの概要
6 RaPID システムの実施例
7 おわりに