遺伝子いでんし工学こうがく

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（遺伝子いでんし操作そうさから転送てんそう）
遺伝いでん学がく
主要しゅよう項目こうもく
歴史れきし・トピック
研究けんきゅう
分野ぶんや
個別こべつ化か医療いりょう
遺伝子いでんし銃じゅうを使用しようしてDNAを植物しょくぶつ組織そしきに挿入そうにゅうする。

遺伝子いでんし工学こうがく（いでんしこうがく、英えい：genetic engineering）とは、遺伝子いでんしを人工じんこう的てきに操作そうさする技術ぎじゅつを指さし、特とくに生物せいぶつの自然しぜんな生育せいいく過程かていでは起おこらない人為じんい的てきな型式けいしきで行おこなうことを意味いみしている。遺伝子いでんし導入どうにゅうや遺伝子いでんし組ぐみ換かえ（いでんしくみかえ：組くみ換かえDNA（くみかえDNA））などの技術ぎじゅつで生物せいぶつに遺伝子いでんし操作そうさ（いでんしそうさ）を行おこなう事ことを一般いっぱんに指さす。

語源ごげん[編集へんしゅう]

遺伝子いでんし工学こうがくという語かたりの初出しょしゅつはSF作家さっかのジャック・ウィリアムスンが1951年ねんに著あらわした『Dragon's Island』とされる[1]。

概要がいよう[編集へんしゅう]

遺伝子いでんし工学こうがくは、DNAを分離ぶんりし、操作そうさし、細胞さいぼうもしくは生物せいぶつに再さい導入どうにゅうして、そのDNAが増殖ぞうしょくできるようにする過程かていからなる。細胞さいぼう中ちゅうで、タンパク質たんぱくしつの構造こうぞうは、DNAの配列はいれつによって決定けっていされるため、DNA操作そうさによってタンパク質たんぱくしつの改変かいへんや、新あらたなタンパク質たんぱくしつを発現はつげんすることができる。その一ひとつの方法ほうほうとして、遺伝子いでんしを含ふくむDNA断片だんぺんを分離ぶんりし、遺伝子いでんしを切きり出だして、他たのDNAの部分ぶぶんに導入どうにゅうするものがある。遺伝子いでんし工学こうがくは、細胞さいぼう融合ゆうごうやクローン技術ぎじゅつなどと統括とうかつして、バイオテクノロジーと総称そうしょうされる。なお、生物せいぶつで自然しぜんに起おこる過程かていとしてのDNAの組くみ換かえについては、遺伝いでん的てき組ぐみ換かえを参照さんしょうのこと。

遺伝子いでんし工学こうがくを用もちいる目的もくてきは、有用ゆうようなタンパク質たんぱくしつの発現はつげん、新あらたな形質けいしつを導入どうにゅうする生物せいぶつの開発かいはつなどである。遺伝子いでんし工学こうがくを活用かつようした例れいとして、細菌さいきんや培養ばいよう細胞さいぼうによるインスリンやエリスロポエチンなどの薬効やっこう成分せいぶんの生産せいさん、除草じょそう剤ざい耐たい性せいなどの性質せいしつを添加てんかした遺伝子いでんし組ぐみ換かえ作物さくもつ、遺伝子いでんしターゲティング、遺伝子いでんし操作そうさした研究けんきゅう用ようマウス（トランスジェニックマウス）、遺伝子いでんし治療ちりょうなどがある。生物せいぶつ学がく・医学いがくの実験じっけん技術ぎじゅつとしても、遺伝子いでんし操作そうさが盛さかんに行おこなわれる。

1970年代ねんだい初頭しょとうまでに、DNAを特定とくていの位置いちで切断せつだんする制限せいげん酵素こうそ、DNA断片だんぺんをつなぎ合あわせるDNAリガーゼ、DNAを細胞さいぼうに導入どうにゅうする形質けいしつ転換てんかんの技術ぎじゅつが開発かいはつされ、これらが組くみ換かえDNA技術ぎじゅつの基礎きそとなった。さらに1980年代ねんだいにはポリメラーゼ連鎖れんさ反応はんのう (PCR) によって目的もくてきとする遺伝子いでんしの複製ふくせいが容易よういに行おこなえるようになり、遺伝子いでんし工学こうがくはますます利用りよう範囲はんいを広ひろげた。

実験じっけん技術ぎじゅつの例れい[編集へんしゅう]

ゲノムプロジェクトの進展しんてんにより、遺伝子いでんし科学かがくは新あたらしい段階だんかいに入はいった。存在そんざいが明あきらかになっても機能きのうが不明ふめいな遺伝子いでんしが増ふえ、これを調しらべる研究けんきゅう（逆ぎゃく遺伝いでん学がくと呼よばれる）が生物せいぶつ学がくでますます重要じゅうよう性せいを増ましている。また生物せいぶつ学がくの関心かんしんは個別こべつの遺伝子いでんし・タンパク質たんぱくしつから、膨大ぼうだいなタンパク質たんぱくしつの間あいだの相互そうご作用さようネットワーク、およびそれと各種かくしゅ生命せいめい現象げんしょうとの関係かんけいに移うつりつつある。これらの研究けんきゅうにも遺伝子いでんし操作そうさ技術ぎじゅつは不可欠ふかけつである。

近年きんねん特とくに発展はってんしている実験じっけん技術ぎじゅつの例れいを挙あげると、次つぎのようなものがある。

遺伝子いでんし破壊はかい[編集へんしゅう]

詳細しょうさいは「遺伝子いでんし破壊はかい」を参照さんしょう

遺伝子いでんしの機能きのうを失うしなわせる技術ぎじゅつ。これにより、特定とくていの遺伝子いでんしの突然変異とつぜんへんいによって何なにが起おこるかを明あきらかにでき、特とくに発生はっせい学がくへの寄与きよが大おおきい。

これには動植物どうしょくぶつや微生物びせいぶつを対象たいしょうとして、個体こたい群ぐんにランダムな突然変異とつぜんへんいを導入どうにゅうし、子孫しそんの中なかから目的もくてきの変異へんいを持もつものを選抜せんばつする方法ほうほうが含ふくまれる。これは従来じゅうらいから用もちいられてきた方法ほうほうで、必かならずしも遺伝子いでんし操作そうさによるものではない。

これに対たいし、遺伝子いでんし操作そうさによって特定とくていの遺伝子いでんしを破壊はかいする方法ほうほうを遺伝子いでんしノックアウトという。動物どうぶつにおいては、組くみ換かえDNAを胚はい性せい幹みき細胞さいぼうに取とり込こませ、ここで元来がんらい持もっていた遺伝子いでんしが操作そうさした遺伝子いでんしで置おき換かわる。この細胞さいぼうを胚はいに注入ちゅうにゅうして個体こたいにまで育成いくせいする。

ノックアウトに類似るいじの方法ほうほうで、遺伝子いでんしノックダウンというものがある。これは遺伝子いでんし自体じたいを破壊はかいするのでなく、RNA干渉かんしょうなどにより遺伝子いでんしの発現はつげんを阻止そしする方法ほうほうであり、ノックアウトよりはるかに容易よういに実行じっこうできる場合ばあいが多おおい。

ノックイン[編集へんしゅう]

詳細しょうさいは「ノックイン」を参照さんしょう

ノックアウトと逆ぎゃくに、ある遺伝子いでんしの機能きのうを増強ぞうきょうする方法ほうほうである。これには遺伝子いでんしコピー数すうを増ふやす方法ほうほうと、発現はつげん量りょうを増ふやす方法ほうほうがある。

トラッキング（追跡ついせき）実験じっけん[編集へんしゅう]

目的もくてきのタンパク質たんぱくしつを追跡ついせきして、細胞さいぼう内ないでの局在きょくざいや相互そうご作用さようについて情報じょうほうを得える方法ほうほうである。この方法ほうほうの一ひとつとしては、野生やせい型がた遺伝子いでんしをGFPなどのレポータータンパク質たんぱくしつとの融合ゆうごう遺伝子いでんしに置おき換かえる方法ほうほうがある。これにより目的もくてきタンパク質たんぱくしつがリアルタイムで可視かし化かできる。ただしこうすることで蛋白質たんぱくしつの性質せいしつが変化へんかしてしまうこともあるので注意ちゅういを要ようする。さらに改良かいりょう法ほうとして、タンパク質たんぱくしつ分子ぶんしに機能きのうには影響えいきょうを与あたえないような小ちいさいペプチドタグを付つけ、抗体こうたいで追おう方法ほうほうも試こころみられている。

応用おうよう[編集へんしゅう]

最初さいしょの遺伝子いでんし組ぐみ換かえ医薬いやくはヒトのインスリンで、アメリカで1982年ねんに承認しょうにんされた[2]。もう一ひとつの初期しょきの応おう用例ようれいにはヒト成長せいちょうホルモンがある[3]が、これは以前いぜんには遺体いたいから抽出ちゅうしゅつされていたものである。1986年ねんには最初さいしょのヒト用よう組ぐみ換かえワクチンであるB型がた肝炎かんえんワクチンが承認しょうにんされた。これ以後いご、多おおくの遺伝子いでんし組ぐみ換かえによる医薬いやく・DNAワクチンが導入どうにゅうされている。

このほかに遺伝子いでんし工学こうがくの応用おうようとしてよく知しられるのは、すでに実用じつよう化かされている遺伝子いでんし組ぐみ換かえ作物さくもつなどを含ふくむ遺伝子いでんし組ぐみ換かえ生物せいぶつ (GMO) である。まだ実用じつよう化かはされていないが有望ゆうぼう視しされ研究けんきゅうされているものに、経口けいこう用ようワクチンやアレルギー治療ちりょう用ようペプチドを、作物さくもつで安価あんかに生産せいさんする試こころみがある。

ヒトを遺伝いでん的てきに「改良かいりょう」することは倫理りんり上じょうの重大じゅうだい問題もんだいだとする意見いけんがある一方いっぽう、体からだの一部いちぶの細胞さいぼうに必要ひつような遺伝子いでんしを導入どうにゅうして（生物せいぶつ種しゅとしてのヒトを変かえることにはならない）不足ふそく・欠かけ失しっしている機能きのうを補おぎなう遺伝子いでんし治療ちりょうは有望ゆうぼう視しされ、すでに治験ちけん段階だんかいに入はいったものもある。

危険きけん性せいと規制きせい[編集へんしゅう]

1970年代ねんだいの遺伝子いでんし工学こうがくの発展はってんにより、生物せいぶつ学がく・医学いがくに対たいする無限むげんの可能かのう性せいが生うまれたと多おおくの研究けんきゅう者しゃが考かんがえたのに対たいし、バイオハザードの現実げんじつ的てき危険きけんを訴うったえる声こえも挙あがり、倫理りんり的てき問題もんだいも指摘してきされた。ポール・バーグによる最初さいしょの本格ほんかく的てきな遺伝子いでんし組ぐみ換かえ実験じっけんを契機けいきとして、1975年ねんのアシロマ会議かいぎで遺伝子いでんし組ぐみ換かえ実験じっけんの規制きせいに関かんする議論ぎろんが行おこなわれ[4]、その後ごの自主じしゅ的てき規制きせいの基礎きそ的てき枠組わくぐみが構築こうちくされた[5]。

2003年ねんには生物せいぶつ多様たよう性せい保護ほごの観点かんてんからカルタヘナ議定ぎてい書しょが締結ていけつされ、現在げんざい締約ていやく国こくはこれに基もとづく法的ほうてき規制きせい（日本にっぽんではカルタヘナ法ほう）を行おこなっている。

2015年ねんにはCRISPRを用もちいた世界せかい初はつのヒト受精卵じゅせいらんの遺伝子いでんし操作そうさが中国ちゅうごくで行おこなわれ、国際こくさい的てきに物議ぶつぎを醸かもした[6][7]。2016年ねんにも世界せかいで2例れい目めのヒト受精卵じゅせいらんのゲノム編集へんしゅうが中国ちゅうごくで行おこなわれ[8]、同年どうねん10月がつに世界せかい初はつのゲノム編集へんしゅうの人体じんたい応用おうようとなる臨床りんしょう試験しけん[9][10]、翌年よくねん2017年ねん3月がつには世界せかい初はつの正常せいじょうなヒト受精卵じゅせいらんへのゲノム編集へんしゅう[11]も中国ちゅうごくで行おこなわれ、さらに2018年ねん11月には中国人ちゅうごくじん科学かがく者しゃが世界せかいで初はじめてデザイナーベビー「露ろ露ろと娜娜(ルルとナナ)（英語えいご版ばん）」の誕生たんじょうを発表はっぴょうして中国ちゅうごく当局とうきょくの調査ちょうさで実在じつざいを確認かくにん[12]され、この科学かがく者しゃはヒト免疫めんえき不全ふぜんウイルス（HIV）への耐たい性せいを与あたえることを目的もくてきとしたこの遺伝子いでんし操作そうさが脳のう機能きのうと認知にんち能力のうりょくの強化きょうかをもたらしたとする動物どうぶつ実験じっけんに言及げんきゅうしていたことから人間にんげん強化きょうかの一種いっしゅである知能ちのう増幅ぞうふくを行おこなった可能かのう性せいも懸念けねんされ[13][14]、これに対たいして日本にっぽん医師いし会かいや日本にっぽん医い学会がっかいのような学会がっかいも非難ひなん[15]し、世界せかい保健ほけん機関きかん（WHO）はゲノム編集へんしゅうの国際こくさい基準きじゅんを作成さくせいするための専門せんもん家か委員いいん会かいを設置せっち[16][17]するなど世界せかい的てきな波紋はもんを呼よんだ[18][19]。CRISPR/Cas9をはじめとした、ゲノム編集へんしゅう技術ぎじゅつに対たいしては、ヒトの受精卵じゅせいらん等とうの生殖せいしょく細胞さいぼうについての倫理りんり的てきな懸念けねんがもたれていたが、着き床ゆかさせる操作そうさが国際こくさい的てきな学会がっかいの合意ごういにより自主じしゅ規制きせいされることになった[20]。但ただし、定期ていき的てきに規制きせいを見直みなおすべきとも述のべられている[21]。なお、日本にっぽん国内こくないに限かぎれば、厚生こうせい労働省ろうどうしょうによるガイドラインで、生殖せいしょく細胞さいぼうと受精卵じゅせいらんの遺伝子いでんし改変かいへんを着き床ゆかの是非ぜひに関かかわらず全面ぜんめん的てきに禁止きんししている[22]。

遺伝子いでんし組ぐみ換かえ体たいの菌きん種しゅの培養ばいよう容量ようりょうは20リットル以内いないに制限せいげんされている[23]。一方いっぽう、突然変異とつぜんへんい体たいであればこのような培養ばいよう容量ようりょうの制限せいげんは無ない[23]。

脚注きゃくちゅう[編集へんしゅう]

[脚注きゃくちゅうの使つかい方かた]
  1. ^ Stableford BM (2004). Historical dictionary of science fiction literature. p. 133. ISBN 978-0-8108-4938-9.
  2. ^ 松本まつもと邦夫くにお「シンポジウムの序じょ：生理せいり活性かっせいタンパク質たんぱくしつ・医薬いやく・ベンチャー」、金沢大学かなざわだいがくがん進展しんてん制御せいぎょ研究所けんきゅうじょ、2013年ねん2月がつ、hdl:2297/35008、2023年ねん11月21日にち閲覧えつらん“共同きょうどう利用りよう・共同きょうどう研究けんきゅう拠点きょてん「がんの転移てんい・薬剤やくざい耐たい性せいに関かかわる先導せんどう的てき共同きょうどう研究けんきゅう拠点きょてん」” 
  3. ^ 石川いしかわ雅敏まさとし「ジェネンテック社しゃにおけるイノベーションのダイナミクス」『研究けんきゅう 技術ぎじゅつ 計画けいかく』第だい22巻かん3_4、研究けんきゅうイノベーション学会がっかい、2008年ねん、212-219頁ぺーじ、2020年ねん3月がつ6日にち閲覧えつらん。 
  4. ^ P Berg; M F Singer (1995). “The recombinant DNA controversy: twenty years later.”. Proceedings of the National Academy of Sciences 92 (20): 9011-9013. doi:10.1073/pnas.92.20.9011. https://doi.org/10.1073/pnas.92.20.9011. 
  5. ^ P Berg; D Baltimore; S Brenner; R O Roblin; M F Singer (1975). “Summary statement of the Asilomar conference on recombinant DNA molecules”. Proceedings of the National Academy of Sciences 72 (6): 1981-1984. doi:10.1073/pnas.72.6.1981. https://doi.org/10.1073/pnas.72.6.1981. 
  6. ^ “ヒト受精卵じゅせいらんに世界せかい初はつの遺伝子いでんし操作そうさ－中国ちゅうごくチーム、国際こくさい的てきな物議ぶつぎ”. ウォール・ストリート・ジャーナル (2015年ねん4月がつ24日にち). 2015年ねん11月30日にち閲覧えつらん。
  7. ^ “Don’t edit the human germ line”. ネイチャー (2015年ねん3月がつ12日にち). 2015年ねん11月30日にち閲覧えつらん。
  8. ^ “「ゲノム編集へんしゅう」で操作そうさ…中国ちゅうごくチーム２例れい目め”. 毎日新聞まいにちしんぶん (2016年ねん4月がつ9日にち). 2017年ねん7月がつ3日にち閲覧えつらん。
  9. ^ “「ゲノム編集へんしゅう」初はつの人体じんたい応用おうよう”. 日本経済新聞にほんけいざいしんぶん (2016年ねん11月16日にち). 2017年ねん7月がつ3日にち閲覧えつらん。
  10. ^ “CRISPR gene-editing tested in a person for the first time”. ネイチャー (2016年ねん11月15日にち). 2017年ねん7月がつ3日にち閲覧えつらん。
  11. ^ “人ひとの受精卵じゅせいらんゲノム編集へんしゅう、中国ちゅうごくで実施じっし 倫理りんり的てき批判ひはんも”. 日本経済新聞にほんけいざいしんぶん (2017年ねん3月がつ10日とおか). 2017年ねん7月がつ3日にち閲覧えつらん。
  12. ^ “中国ちゅうごくでゲノム編集へんしゅうされた双子ふたごの実在じつざいを確認かくにん、臨床りんしょう実験じっけんを行おこなった中国ちゅうごくの科学かがく者しゃは警察けいさつの捜査そうさ対象たいしょうに”. GIGAZINE (2019年ねん1月がつ22日にち). 2019年ねん1月がつ25日にち閲覧えつらん。
  13. ^ “ゲノム編集へんしゅうの双子ふたご、脳のう機能きのうも強化きょうか？ マウス実験じっけんから示唆しさ”. 朝日新聞あさひしんぶん (2019年ねん2月がつ26日にち). 2018年ねん11月29日にち閲覧えつらん。
  14. ^ “遺伝子いでんし編集へんしゅうベビー問題もんだい 科学かがく者しゃらが指摘してきする隠かくされた「もう1つの狙ねらい」”. MITテクノロジーレビュー (2019年ねん2月がつ26日にち). 2018年ねん11月29日にち閲覧えつらん。
  15. ^ “中国ちゅうごく「ゲノム編集へんしゅう出産しゅっさん」 日本にっぽんの学会がっかいからも強つよい非難ひなん”. 毎日新聞まいにちしんぶん (2018年ねん11月30日にち). 2019年ねん2月がつ26日にち閲覧えつらん。
  16. ^ “WHO、国際こくさい基準きじゅん作成さくせいへ ゲノム編集へんしゅう、来月らいげつに諮問しもん委い”. 共同通信きょうどうつうしん (2019年ねん2月がつ15日にち). 2019年ねん4月がつ12日にち閲覧えつらん。
  17. ^ “ゲノム編集へんしゅうで専門せんもん委い設置せっち WHO、倫理りんり面めんも検討けんとう”. 日本経済新聞にほんけいざいしんぶん (2018年ねん12月16日にち). 2019年ねん2月がつ26日にち閲覧えつらん。
  18. ^ “特報とくほう：世界せかい初はつ「遺伝子いでんし編集へんしゅうベビー」が 中国ちゅうごくで誕生たんじょう、その舞台裏ぶたいうら”. MIT Tech Review (2018年ねん11月28日にち). 2018年ねん11月29日にち閲覧えつらん。
  19. ^ “Chinese scientist claims world's first gene-edited babies, amid denial from hospital and international outcry”. CNN (2018年ねん11月26日にち). 2018年ねん11月27日にち閲覧えつらん。
  20. ^ 小林こばやし哲あきら,竹石たけいし涼子りょうこ (2015年ねん12月5日にち). “ゲノム編集へんしゅう、受精卵じゅせいらんも容認ようにん 米べい英えい中ちゅうの科学かがく者しゃ団体だんたいが声明せいめい”. 朝日新聞社あさひしんぶんしゃ. 2015年ねん12月13日にち閲覧えつらん。
  21. ^ 川合かわい智之としゆき (2015年ねん12月4日にち). “生殖せいしょく目的もくてきのゲノム編集へんしゅう「使用しよう禁止きんしを」 米べい英えい中ちゅうの科学かがく者しゃ団体だんたい”. 日本経済新聞社にほんけいざいしんぶんしゃ. 2015年ねん12月13日にち閲覧えつらん。
  22. ^ 「第だい七なな 生殖せいしょく細胞さいぼう等とうの遺伝いでん的てき改変かいへんの禁止きんし」“遺伝子いでんし治療ちりょう等とう臨床りんしょう研究けんきゅうに関かんする指針ししん” (PDF). 厚生こうせい労働省ろうどうしょう (2015年ねん8月がつ12日にち). 2015年ねん12月18日にち閲覧えつらん。
  23. ^ a b “第だい二に種しゅ使用しよう等とうに関かんする措置そち 大量たいりょう培養ばいよう実験じっけん（第だい３号ごう）” (PDF) (2016年ねん3月がつ2日にち). 2016年ねん3月がつ2日にち閲覧えつらん。

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