Twist Bioscience ツイストバイオサイエンス

実験がまだアイデアの段階にあるときは、発見への期待が大きいため、現実的な制約はあまり気にならなくなります。サンプルを少し増やしたり、条件をいくつか追加したり、工程を1つ2つ増やすことは一見すると合理的に思えるため、実際のラボ作業で生じる手間や問題が積み重なっていくことはなかなか実感しにくいものです。しかし、いざピペットを手に取り、実験を始める段階になると、その現実がはっきり見えてきます。多くの場合、「やることを減らすこと」が、結果的に「より良い成果を出す一番の方法」なのです。

これは特にハイスループットスクリーニングの文脈において当てはまります。そこでは研究者はしばしば、より小さな合成オリゴヌクレオチドから長い二本鎖DNA（dsDNA）を組み立てるという、労力のかかる工程を経なければなりません。概念的には、このプロセスは単純です：必要とされる数千から数十万のオリゴヌクレオチドを合成し、それらをdsDNA形式に変換し、ベクターにクローニングし、発現および下流のスクリーニングのために標的細胞へ導入します。これは、大規模並列レポーターアッセイ（MPRA）から大規模な抗体開発プロジェクトに至るまで、多くのハイスループットアプリケーションの基盤となるものです。ハイスループットスクリーニングの考え方自体は単純ですが、その実際の実装は決して単純ではありません。

これらのプロジェクトで研究者が直面する、目立ちにくいけれど重要な課題の一つは、「たくさんの種類のDNA断片をまとめて作る必要があること」です。1つ1つの二本鎖DNA（dsDNA）は通常の方法で作ることができますが、こうした方法は大量に作るには向いていません。ハイスループットスクリーニングのように、何千種類もの異なるDNA断片が必要になる場合、研究者は制約の多い「まとめて合成する方法」に頼らざるを得なくなります。

レッドウッドや同様の植物が変化する生態系でどのように生存・適応できるのかを理解するためには、分子構造とゲノム多様性を研究する必要があります。これにより、レッドウッドの進化と気候変動との関係を解き明かすことができます。

DNA合成の限界を押し広げる

MGFによって得られる追加のメリットは、研究者にとって新しく重要な可能性を広げます。中でも特に注目されているのが、抗体の発見や開発への応用です。抗体は、特定の抗原に結合するという特徴的な働きを持ち、治療や診断の両方でとても重要な役割を果たします。抗体設計において重要なポイントの一つは、相補性決定領域（CDR）の最適化です。ここでは、アミノ酸配列のわずかな違いが、エピトープへの結合の強さや速さに大きな影響を与えることがあります。

従来、抗体の発見および最適化は、大規模なスクリーニングのために広範なバリアントライブラリを作製することを伴ってきました。そのために、ライブラリは短いDNA断片を合成し、それらをさまざまな組み合わせでつなぎ合わせることによって構築されます。このようなプロセスは有効ではあるものの、どのバリアントが作られ、どの程度の量で存在するのかを完全に制御することを妨げる、ある程度のランダム性を導入してしまいます。

幸いなことに、抗体の可変領域—CDRが存在する領域—はおおよそ400〜450塩基対の長さです。最大500塩基対までの断片を直接合成できることにより、MGFは研究者が3つすべてのCDRを含む抗体可変領域全体を単一の断片としてコード化することを可能にします。このレベルの制御により、抗体バリアントライブラリの非常に高精度な設計と合成が可能になります。TwistのMGFプールは、注文されたすべての配列の包括的な表現を実現し、よりターゲットを絞った合理的なスクリーニングのために、バリアント構築を正確に制御することを可能にします（図1）。さらに、CDR配列に対する高解像度の制御により、研究者はスクリーニングプールのサイズをAI/ML設計に合わせて縮小することができ、最終的には、はるかに効率的で生産性の高いスクリーニングへの道を開きます。

スクリーニングの可能性を広げる

MGFの利点は抗体開発にとどまりません。大規模並列レポーターアッセイを用いたmRNAスクリーニングに関わる研究者も、大きな恩恵を受けることができます。mRNAスクリーニングでは、しばしばmRNAの動態に影響を与える可能性のある非コードの制御要素—例えば非翻訳領域（UTR）—を研究する必要があります。重要な点として、UTRはしばしば200塩基対を超える長さを持っています。MGFを用いることで、これらのDNAスクリーニングプールの合成は容易になり、アッセイ設計に対するより高い制御が可能になるとともに、抗体最適化と同様に、効率的な研究を実現します。