組換え型DNA

概要

科学者は、実験室で異なるソース（多くの場合、他の種）からのDNAを組み合わせて、組み換えDNAを作成します。DNAクローニングにより、研究者は特定の遺伝子をバクテリアのような操作しやすい細胞に挿入して研究できます。組換えDNAを含む生物は、遺伝子組換え生物（GMO）として知られています。組換えDNA技術は、新しい遺伝子を持つ生物を作り出し、科学、医学、農業に貢献しています。

組換えDNAはどのようにして作られるのでしょうか

組換えDNAを作るには、目的の遺伝子をベクターに挿入します。ベクターとは、外来のDNAを宿主の細胞に運び、DNAの複製やタンパク質の発現を行うための道具です。最も一般的に使用されているクローニングベクターはプラスミドで、宿主の染色体DNAとは独立して複製を行う小さな円形のDNAです。

組換えDNAを作るには、目的の遺伝子を含むドナーDNAとベクターの両方を、制限酵素を使って特定のヌクレオチド配列（制限部位と呼ばれる）で切断します。そして、DNAリガーゼという酵素が、目的の遺伝子とプラスミドをつなぐ糖-リン酸の骨格を結合させます。

その結果、インサートと呼ばれるドナーDNAの一部が組み込まれたベクターからなる組換えDNA分子ができあがります。科学者はこのハイブリッドDNA分子を宿主生物（主にバクテリアや酵母）に導入し、容易かつ迅速に複製させます。このようにして、科学的研究やその他の用途に必要な、目的の遺伝子の多数のコピーが作られます。また、この遺伝子は、宿主の細胞機構を利用して、ヒトインスリンなどの目的のタンパク質に転写・翻訳されます。

組換えDNAの作成は不完全なプロセスであり、エラーが発生することがよくあります。例えば、ベクターがインサートなしで閉じてしまったり、インサートが間違っていたり（例えば、逆向き）することがあります。組換えDNAをさらに研究に使用する前に、研究者はエラーをチェックしなければなりません。ヌクレオチド配列を調べることで、正しいインサートを持つプラスミドを持つバクテリアのコロニーを特定できます。

遺伝子やタンパク質の研究に組換えDNAを使用する科学者たち

組換えDNAを使用する科学者たち

組換えDNA技術は、科学者が目的の遺伝子やタンパク質生成物の多数のコピーを必要とする場合に、特に有利な技術です。しかし、研究者の研究では、目的のタンパク質の検出や精製など、さらに複雑なレベルが必要になる場合があります。この目的を達成するために、研究者は目的のタンパク質にタグやレポーター（遺伝子産物を特定するためのタンパク質）を結合させ、融合遺伝子やキメラ遺伝子を作成できます。

医学・農学への応用

科学者たちは、組換えDNA技術を使ってバクテリアでヒトのインスリンを生産し、糖尿病の治療薬を初めて開発しました。この最初の発見以来、研究者たちは、治療用に他の組換えDNAを生成してきました。組換えバクテリアは、正常な成長と発達に必要なタンパク質であるヒト成長ホルモンを作り、成長ホルモン欠乏症の患者を治療します。また、ヒトやハムスターから採取した組換え哺乳類細胞は、血液凝固に必要なタンパク質である第VIII因子を産生し、血友病の治療に用いられます。組換えDNA技術は、必須タンパク質を大量に生産するための強力なツールであることは間違いないです。

組換えDNA技術による農業の進歩は、人間の福利厚生にも影響を与えます。

農業分野では、組換えDNA技術は人間の生活にも影響を与えています。例えば、トウモロコシ農家はヨーロッパのコーンボーラーという害虫のために大きな被害を受けました。そこで科学者たちは、土壌中のバクテリアであるバチルス・チューリンゲンシス(Bt)の遺伝子を分離し、遺伝子組み換えによって害虫に強いトウモロコシを作りました。害虫に強いBtコーンの導入により、作物の収穫量が向上し、化学農薬の使用量が減少しました。このような農業利用は、世界の食糧供給の質と量を向上させます。