13.13: 細菌の形質転換
1928年、細菌学者のフレデリック・グリフィス（Frederick Griffith）は、肺炎菌（Streptococcus pneumoniae）による肺炎のワクチン開発に取り組みました。グリフィスは、病原性のある株とない株の2種類の肺炎をマウスで調べたところ、病原性のある株だけが宿主であるマウスを殺しました。
グリフィスは、病原性のある株を殺し、その残骸を生きている非病原性の株と混ぜることで、思いがけない発見をしました。この混合物は宿主のマウスを殺すだけでなく、生きた病原菌が含まれており、病原菌の子孫を作ることができたのです。グリフィスは、非病原性株が病原性株の死骸から何かを受けて病原性株に変化したと結論づけ、これを「形質転換の原理」と呼んだ。
グリフィスの研究が行われた当時、遺伝物質の正体をめぐって激しい議論がありました。グリフィスの研究の頃は、遺伝物質の正体について激しい議論がありました。初期の多くの証拠は、タンパク質が遺伝分子であることを示唆していました。グリフィスの細菌の形質転換に関する実験は、DNAが遺伝物質であることを示す最も初期のデータの一部となりました。
細菌は形質転換によって外部のDNAを取り込みます。形質転換は自然に起こるものですが、実験室ではDNAのクローンを作るために行われることもあります。特定の遺伝子をクローニングするために、科学者はその遺伝子をプラスミドに挿入します。プラスミドには、抗生物質の耐性遺伝子が含まれていることが多いです。細菌は形質転換によってプラスミドを取り込みます。その後、細菌に抗生物質を投与します。プラスミドには抗生物質耐性遺伝子が含まれているので、生き残った細菌のコロニーにはプラスミドが含まれているはずです。プラスミドには抗生物質耐性遺伝子が含まれているからです。目的の遺伝子を持つ細菌のコロニーは増殖し、それを利用してさらにプラスミドやタンパク質を作ることができます。
細菌はなぜ外来のDNAを取り込むのでしょうか？有性生殖を行う生物とは異なり、細菌は基本的に自分自身のクローンを作ります。二分裂と呼ばれるこの生殖方法は、遺伝的変異の機会がほとんどないです。突然変異は多様性をもたらしますが、多くの突然変異は有害です。原核生物は、形質転換や共役・伝達によって遺伝子を共有することで進化していきます。
