15.4: 遺伝子組み換え生物
概要
遺伝子組み換え生物とは、遺伝子組み換えにより、異なる種の遺伝子をゲノムの一部に組み込んだ生物のことです。この遺伝子は、生物の遺伝子の異なるバージョンである場合と、生物のゲノムには存在しない遺伝子である場合があります。導入遺伝子は通常、組換えDNAおよびDNAクローニング技術によって作られます。遺伝子導入された細菌や、植物、動物は、科学者が生物学的な疑問を解決し、実用的な解決策を設計することを可能にしています。
トランスジェニック生物を作ります
遺伝子導入は、生物のゲノムに導入遺伝子を導入するための適切な技術を選ぶことから始まります。遺伝子導入には、生物学的、化学的、物理的な手法があります。一般的な生物学的手法は、ウイルスを介して外来DNAを宿主細胞のゲノムに導入するもので、「形質導入」と呼ばれています。一般的な化学的手法では、リン酸カルシウム（Ca3(PO4)2）を用います。この方法は、Ca3(PO4)2/DNAの沈殿物を形成することで、DNAが細胞に結合したり、侵入したりしやすくなることを利用しています。細いガラスの針を使って手動で遺伝子を細胞内に挿入するマイクロインジェクションなどの物理的な方法では、DNAを人為的に力ずくで導入します。
細胞内に入った導入遺伝子は、ランダムに組み込まれるか、DNA修復酵素の助けを借りてゲノムの特定の部位に組み込まれます（組換え）。これらの遺伝子組み換え細胞は、導入遺伝子をゲノムの一部として増殖・複製し、研究者の目的とする遺伝子を安定的に発現させます。導入遺伝子がゲノムに統合されず、研究者の目的の遺伝子の一時的な発現しか見られない場合もあります。通常、選択可能なマーカー（例：抗生物質耐性遺伝子）やレポーター遺伝子（例：緑色蛍光タンパク質遺伝子）を目的の遺伝子と一緒に組み込むことで、導入遺伝子の組み込みに成功した細胞を特定できます。
導入遺伝子は動物や植物にも導入できます
動物では、通常、受精卵にマイクロインジェクションで導入遺伝子を挿入します。これは、導入遺伝子が生殖細胞（卵や精子になる生殖の前駆細胞）に統合され、発生中の生物のすべての細胞で発現するようになることを期待したものです。さらに、生殖細胞への導入は遺伝性があるため、導入遺伝子は交配によって世代を超えて受け継がれます。このようにして得られた遺伝子を持つ動物をその子孫を親と交配させることで、導入遺伝子をホモ接合で持つ動物の系統を作ります。
植物の遺伝子導入では、外来のDNAを細胞に導入するために、細菌のベクター送達などの生物学的手法が用いられます。科学者たちは、プラスミドDNAが導入遺伝子を運ぶことができるようにR. radiobacterを改変しました。植物の組織サンプルは、感染と導入遺伝子の統合を可能にするためにR. radiobacterで培養されます。これらの組織は、新芽が土壌に移植されるまで、芽と根の成長を誘発する選択培地でさらに培養されます。これらの遺伝子組み換え植物を戻し交配して、高収量の遺伝子組み換え植物の系統を作ります。
