細菌の形質転換

20世紀初頭、フレデリック・グリフィスという英国の細菌学者は、肺炎の原因となる細菌である肺炎連鎖球菌の研究に取り組んでいました。彼は2つの異なる株を使用して簡単な実験を行いました。1つの株は、それが形成するコロニーまたは塊を滑らかに見せ、またそれを毒性または有害にする保護カプセルのためにS株として知られています。2つ目はR株で、細菌が保護カプセルを欠いているため、コロニーに粗い外観を与え、毒性がなくなります。

まず、グリフィスはS株のバクテリアの一部を採取して加熱し、S株の熱死バージョンを生成しました。そして、数匹のネズミを集めて4つのグループに分けました。彼は最初のグループに毒性のあるS株を注入し、2番目のグループに非毒性のR株を注射しました。彼は、第3のグループに熱死したS株を投与し、最後に、熱死したS株とR株を一緒に組み合わせて、この混合物を第4のグループに注入した。予想通り、第1グループのマウスは死に、第2グループと第3グループのマウスは生きました。しかし、グリフィスが驚いたことに、最後のグループのマウスも死んでしまいました。

彼が1928年に彼の研究を発表したとき、彼はこの神秘的なプロセス変換を呼びました、なぜなら彼は、以前は毒性がなかった株が致命的になることを可能にした根本的な変換原理の存在を推測したからです。その後、1943年に、アバート、マクラウド、マッカーティは、この変換原理がデソキシリボ核酸、またはDNAである可能性が高いと報告しました。基本的にグリフィスの実験で起こったことは、バクテリアが結合すると、熱で殺されたS株から一部のDNAがR株細胞に漏れ出し、これらの非毒性のバクテリアを変換し、情報を伝えて保護カプセルを作り、R株を毒性のあるものに変わり、4番目のグループの動物を殺すことができるようになったというものでした。

今日まで早送りすると、科学者たちは、大腸菌とプラスミドと呼ばれるDNAの小さな円形ループを使用して、細菌の形質転換を研究するはるかに簡単な方法を開発しました。通常、形質転換実験で使用されるプラスミドには、抗生物質耐性などの特別な機能を持つ遺伝子が含まれています。大腸菌は、環境からDNAを取り込む能力である能力と呼ばれる特性を示すことができるため、形質転換の優れた対象です。基本的に、これは、化学物質や電気ショック、熱ショックなどの特定の環境条件下で、大腸菌の細胞壁が一時的に透過性になり、環境からのDNAの取り込みを可能にすることを意味します。プラスミドが大腸菌の内部に入ると、新しい宿主細胞の細胞質にたむろしてゲノムとともに世代を超えて複製および発現するか、宿主のゲノムに完全に組み込むことができます。細菌がいずれかの時点でプラスミドを失うと、細胞は抗生物質耐性も失うため、科学者は抗生物質を含む培地で細菌を増殖させ、目的のプラスミドを含むものだけが生存者になるようにします。

このラボでは、抗生物質耐性遺伝子を含むプラスミドで大腸菌細胞を形質転換する方法を学びながら、無菌の微生物学的手法を実践します。