生物学 I：酵母、<em>ショウジョウバエ</em>、および<em>C. エレガンス</em>

出芽酵母（別名、パン酵母）は、単細胞真核生物であり、基礎研究のために広く利用されています。出芽酵母のゲノム配列は既に解読されており、遺伝子操作が行いやすく、さらに研究室でのメンテナンスが非常に簡単であるといった特徴を持つことから、すばらしいモデル生物となっています。酵母のタンパク質の多くが、他の生物のものと同様の配列、機能を持っており、酵母を用いた研究により、高等真核生物（ヒトを含む）の特異的な遺伝子、あるいはタンパク質の機能を特定することができます。 このビデオでは、このモデル生物の生物学的特徴、どのように発見されたのか、なぜ世界中の研究室でモデル生物として選ばれているのか、などといったことをトピックとしています。

ミバエとしても知られるキイロショウジョウバエは、生物学の研究で広く利用される有益なモデル生物であり、過去１００年の間科学界に多大な貢献をしてきました。このビデオではまずショウジョウバエの細胞周期、環境、食習慣といった生体的特徴を紹介しています。次になぜこのショウジョウバエが素晴らしい生物モデルとなり得るのかについて話しています。例として、メンテナンスが安価に行えること、遺伝的特徴が単純であること、世代時間が短く大量のサンプル数で素早く実験を行えることを挙げています。それからショウジョウバエ研究における重大な発見、Thomas Hunt...

Caenorhabditis elegans は、土壌に生息する非常に小さい線虫で、1970年代初頭から多用されてきたモデル生物です。決まったボディプランをもち、遺伝子操作がしやすく、低価格でメンテナンスできるため、当初は発生生物学のモデル生物として登場しました。それ以降、その成長が早いという利点が生かされ、運動機能から神経回路の研究まで様々な研究に利用されるようになりました。 このビデオでは、C. elegans基礎生物学の概要、過去の画期的な研究成果を簡潔に紹介し、最後にモデル生物としてC.

出芽細胞を用いた研究により、細胞周期の制御、老化、細胞死などの重要な細胞内メカニズムの理解が深まっています。酵母は、低コストで培養できる、そのまますぐに使用可能な株が簡単に入手できる、などの利点が挙げられます。しかし一方で、適切なメンテナンスが実験成功への鍵となります。 このビデオでは、研究室での出芽酵母の培養、メンテナンス方法の概要をお伝えすると共に、分光光度計を用いた増殖曲線の作成方法など、酵母の増殖をモニタリングするときに必要な基本概念についても説明しています。さらに、研究室での酵母のメンテナンスに要求される実践的なテクニック、具体的には培地の準備、酵母細胞の培養の始め方、そしてその保管方法、についてもご覧いただけます。そして最後に、これら操作方法やメンテナンス技術の基礎研究への応用について紹介しています。

ミバエとしても知られるキイロショウジョウバエは生命科学の研究に頻繁に用いられるモデル生物です。キッチンにバナナを長い間放置すると寄ってくるハエとは違って、研究に使用するショウジョウバエは、丁寧な飼育とメンテナンスを必要とします。 このビデオでは、健康なハエの保持に必要不可欠なステップを説明しています。まずはショウジョウバエのエサとなる酵母、糖を含有する培地の準備、保存方法を紹介しています。次に、ショウジョウバエの飼育に最もよく利用されている容器の紹介、ハエの移動のさせ方、容器の交換時期などを説明しています。最後に、生物学実験を行う際の飼育や摂食条件の適用例を学ぶことができます。

Ceanorhabditis elegansは、発生学、遺伝学、分子生物学、更には物理現象に及ぶ様々な研究分野に今なお貢献し続けるモデル生物です。C. elegansを最大限に活用するためには、基本的なメンテナンスを丁寧に行うことが重要となります。 このビデオでは、C. elegansの基本的な飼育、摂食法の他、線虫ピックの適切な使用方法、冷凍保存と凍結溶解方法についても説明しています。ビデオの後半では、この重要なモデル生物の飼育、摂食、操作法を応用した実験例をいくつか紹介しています。

出芽酵母は酵母の一種であり、非常に有益なモデル生物です。単細胞真核生物である出芽酵母は、生物学的過程の多くがヒトと類似しています。このビデオでは酵母の細胞周期について、そしてどのように無性生殖、有性生殖を行うかを紹介しています。酵母は出芽と呼ばれるプロセスを経て無性生殖をします。それだけでなく、種にとって重要となる遺伝的多様性を生み出すために有性生殖を行うこともできます。厳しい環境下の酵母は、減数分裂を行い一倍体胞子を形成します。そしてその後環境が好転するとその一倍体胞子を放出します。有性生殖を行う場合、それら一倍体胞子は融合し、二倍体接合子が形成されます。細胞周期、生殖、加齢、発生に関わる遺伝子の研究のために酵母の遺伝子操作が利用されています。このように、酵母繁殖の研究により、ヒトにとって重要な生物過程の洞察がなされているのです。...

キイロショウジョウバエの発生は、分子、細胞、遺伝的基盤の大部分がヒトのような高等真核生物と共通しており、ショウジョウバエは非常に重要なモデル生物となっています。ショウジョウバエの生活環と呼ばれるプロセスはいくつかの発生段階に分かれており、各ステージがそれぞれ発生研究に利用されています。このビデオでは、生活環の各ステージの説明と共に、身体的特徴やそれぞれの段階で起こるイベントについて説明しています。次に、ハエのボディプランを確立し、各組織、器官形成のために重要とされるパターン形成遺伝子調節について説明しています。それに加え、ショウジョウバエの生殖、遺伝的交雑のセットアップ方法も紹介しています。最後に、ショウジョウバエの発生と生殖の原理をどう研究に応用可能かご覧いただけます。ここでは、RNA干渉、求愛などの行動解析、動的プロセスを追跡可能なライブイメージングを用いた発生研究をご覧いただけます。このビデオでは、ショウジョウバエの発生、生殖を理解することの重要性、そしてこの知識をどう他の生物の発生の理解に応用できるのかを学んでいただくことを目的としています。...

Ceanorhabditis elegansは、どのように生物が一つの細胞から多くの複雑な相互作用をもつ機能的組織に成長していくのか解明するための有益なツールとなります。C. elegansの初期の研究では、完全な細胞系譜と電子顕微鏡レベルでの構造解析が行われ、遺伝子、発生、疾患のつながりについて新規発見を可能としました。C. elegansの既に解明されている発生、生殖プログラムを理解することは、この生物モデルを最大限に研究応用するために必要不可欠です。 このビデオでは、生殖から孵化(ふか)するまでの線虫の発生について簡潔に説明し、孵化したばかりの幼虫が生殖能力をもつ成虫になるまでのライフステージを紹介しています。また、胚発生の過程でどのように主要な軸の決定が成されるのか、各創始細胞がどの組織を形成していくのか、また4段階の幼虫期の識別方法について説明しています。最後に、遺伝的交雑のセットアップ方法を学び、このC.

酵母をモデル生物として用いる利点の一つは、酵母が核酸（DNAとRNA）を含む多量の生体高分子を持ち、それらが培養細胞から精製可能であることです。 このビデオは、核酸抽出のために必要となるステップを中心として進んでいきます。まず始めに、すべての生体高分子の分離に共通したステップである培養、集菌そして酵母細胞の溶解法について簡単に説明しています。次に２種類の核酸分離法: カラム吸着、層分離、ついて説明しています。それに加え、実際に実験に用いられる、PCRやサザンブロット、環境刺激に対する遺伝子発現の定量、そして多量の組み換えタンパクの精製といった分子生物学的手法をいくつか紹介しています。

免疫組織化学的検討(IHC)は、組織内のタンパクの存在、場所の同定に用いる実験方法です。ショウジョウバエ幼虫は染色しやすく、特にIHCに適しています。さらに、ショウジョウバエ幼虫は透明であるため、解剖せずに観察できる組織もあります。 IHCでは、タンパク質を抗体で検出することができます。抗体は、ターゲットとなるタンパク内の「エピトープ」に特異的に結合します。このエピトープを保護するために、染色前には組織の固定が必須となります。さらに、抗体が膜を通過できるように、界面活性剤を用いて細胞の透過性を上げる必要があります。このビデオでは、解剖した幼虫組織の染色に必要な試薬や道具、そして固定、ブロッキング、染色などの工程を説明しています。また、蛍光顕微鏡検査法に必須の封入のテクニックもご覧いただけます。最後に様々な分野におけるこれら技術の応用例を紹介しています。

RNA干渉 (RNAi) は、二本差RNA (dsRNA) を生物内に導入し、ターゲット遺伝子をノックダウンするために広く用いられる技術です。C. elegansにおけるRNAiは、標的遺伝子に相補となる二本差RNAを発現させたバクテリアを線虫に摂食させるだけで簡単にかつ効率良く実施できます。このビデオではまずRNA干渉の概念とターゲット遺伝子のノックダウン方法を紹介しています。そして、バクテリアとRNAi線虫プレートの準備方法、線虫の培養方法、RNAiの評価方法を含め、C. elegansのRNAi実験をプロトコルに準じて説明しています。それから、RNAiを利用した逆遺伝子スクリーニングを紹介しています。逆遺伝子スクリーニングは、遺伝子がどのような生物学的役割を担っているかを明らかにするために頻繁に使用されるテクニックです。さらには、コンピューターを用いた逆遺伝子スクリーニングにより、大量の遺伝子サンプルを効率的にノックダウンし解析することが可能です。また、RNAiはC.

出芽酵母は生物学の研究によく利用される単細胞真核生物です。遺伝子欠失や組み換えタンパクの誘導、細胞内組織を標識するための遺伝子操作である形質転換（細胞の外来DNA導入）という基礎テクニックが酵母実験で頻繁に用いられています。 このビデオでは、どのように、そしてなぜ酵母形質転換を使った実験が行われるかをトピックとしています。プラスミド導入のための酵母細胞の準備工程と共に酵母プラスミドの重要な特徴を紹介し、また酵母形質転換に必要な酢酸リチウム法をプロトコルに準じて見ていきます。最後にこの形質転換法の研究応用例を紹介しています。

キイロショウジョウバエの胚と幼虫は、操作がしやすく成長が早いという特徴を持ちます。そしてその発生メカニズムはヒトを含む他の生物と類似しています。こういった理由から、ハエの胚と幼虫は、行動から発生生物学に至るまで様々な分野の研究に貢献しています。しかしながら、これらを用いた実験を行うには、まずその胚と幼虫の収集が不可欠となります。 このビデオではまず寒天培地上のショウジョウバエ胚を収集するための「産卵カップ」の使用法について説明しています。その後胚の採取、dechorionationという胚の外膜を取り除く工程をご覧いただきます。次に、胚期に続く３段階の幼虫期でのショウジョウバエの識別、操作方法を説明しています。最後に、これらショウジョウバエ胚と幼虫の生物学実験への応用例をいくつか紹介しています。

走化性 （ケモタキシス）は、化学刺激に反応して細胞や生物が移動する現象です。自然界の生命体にとって、食料を察知するため、又有害な刺激から逃避するために走化性は非常に重要となります。さらに細胞レベルでも重要な役割を担っています。例えば、受精するために精子が卵子に向かって移動していくのにも走化性が関わっています。走化性実験にはC. elegansが頻繁に使用されています。土壌中のC. elegansは食料に向かって移動し、重金属、低pHの物質、洗剤等からは逃避することが分かっています。このビデオでは、アッセイ用プレートと線虫の準備、実験方法、データ解析など走化性アッセイの実施方法を説明しています。それから、このC. elegansの走化性アッセイが、学習と記憶、嗅覚順応、アルツハイマー病などの神経疾患の研究にどのように利用されているか紹介しています。C.