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外来性 DNAとは、研究対象または研究対象である生物の外部に由来するDNA のことである。 [1]外来性 DNA は、死んだ細胞から残った部分的に分解された断片の形で自然に見つかることがある。これらの DNA 断片は、その後、近くの細菌細胞の染色体に組み込まれ、突然変異を起こす可能性がある。[2]細菌を変化させるこのプロセスは、形質転換として知られている。[3]細菌は、化学的および生物学的プロセスによって人工的な形質転換を受けることもある。真核細胞への外来性 DNA の導入は、トランスフェクションとして知られている。[4]外来性 DNA は、ゲノムに人工的に挿入することもでき、これは動物の遺伝子組み換えプロセスに革命をもたらした。人工的なトランスジーンを動物の胚の核にマイクロインジェクションすることにより、外来性 DNA が細胞の既存の DNA と融合し、遺伝子組み換えされたトランスジェニック動物を作り出すことができる。[5]トランスジェニック動物の作成は、外来性 DNA による精子細胞の改変の研究にもつながる。[6]
歴史
1928年、細菌学者フレデリック・グリフィスは、肺炎球菌種における細菌の形質転換と並行した外来DNAを観察した。[7] [3]さらなる試験で、医師のオズワルド・エイブリーは、実験で使用されたDNAが細胞外に由来し、細胞のゲノムに組み込まれていることを分離して確認することができた。繰り返しの実験により、外来DNAの組み込みは他の細菌種でも可能であることが証明され、研究は哺乳類細胞にまで拡大された。[3]生物に外来DNAを注入する技術は、1966年にリンによって発見された。彼は、細いガラス針を使用して、実験室で生成されたDNAを、核を壊すことなくマウスの受精卵に挿入することができた。 1976年、イェーニッシュはモロニー白血病ウイルスを使用して、マウスへの外来DNAの送達に初めて成功した。[5]
アプリケーション
変換
外来DNAを細胞のゲノムに統合することを形質転換（動物細胞ではトランスフェクション）と呼ぶ。 [3] [8]形質転換は細菌で自然に起こる過程である。外来DNAをうまく取り込むには、細菌が受容能の状態にある必要がある。細菌の中には自然に受容能を持つものもあるが、通常は成長周期のある段階の短い期間のみである。[9]細菌は様々な化学処理によって受容能を持つようにすることもできる。これらの処理では通常、標的細胞膜を外来DNAを受け入れる透過性にすることが含まれる。その一例は、細菌をカルシウムイオン溶液、またはポリエチレングリコールとジメチルスルホキシドの混合物にさらすことである。[10]別の処理方法は、電気を利用して（エレクトロポレーションまたは電気形質転換）細胞膜にDNAが入り込む穴を開けることである。最後に、リポソームを介した形質転換を使用することができる。細胞表面と入ってくるDNAは両方とも負に帯電しているので、DNAは脂質で覆われる。これらのリポソームはDNAを保護し、膜脂質と融合することでDNAの侵入を容易にすることができる。[8]
細菌、植物細胞、動物細胞の形質転換は、研究上および商業上、重要な機能を持っています。外来DNAの標的導入は、導入されたDNAが突然変異を引き起こしたり、標的遺伝子の発現を変えたりして、固有の識別信号を提供することから、遺伝子の特定に使用されます。挿入変異誘発として知られるこの技術は、 DNA送達のベクターとしてレトロウイルスを使用することが多いです。このような挿入変異誘発は、腫瘍細胞の特定の場所にある多くのがん遺伝子を特定するためによく使用されています。 [11]
トランスフェクション
トランスフェクションは、真核細胞に外来DNAを導入するプロセスである。[12]これは、動物細胞に対するより具体的な用語であり、これらの細胞における発癌プロセスも形質転換の定義に含まれる。通常、トランスフェクションは、外来DNAの導入による細胞のゲノムの変化を説明する。[4]人工的なトランスフェクションを行う方法はいくつかある。化学的方法では、リン酸カルシウム沈殿、DEAE-デキストラン複合体形成、脂質媒介DNA転移など、化学物質をキャリアとして使用してDNAを導入する。[13]物理的方法では、エレクトロポレーション、マイクロインジェクション、細胞圧搾などの技術を使用して、DNAを受け入れるための細胞膜の透過性を高める。[14]ウイルス法（または形質導入）では、実験室で操作された組換えウイルスをベクターとして使用して、胚や精子細胞を改変する。[8]
遺伝子組み換え
細胞を形質転換するために外来DNAを使用することから、遺伝子組み換え技術を使用して生物に新しい特徴を導入するトランスジェネシスという 分野が生まれました。主にトランスジーンを介してです。 [15]トランスジーンとは、導入されたDNAセグメントで、宿主動物の遺伝子をコード化するために使用されます。[ 16]生物学者は、遺伝子組み換え動物、つまりトランスジェニック動物を繁殖させるためのツールとして遺伝子組み換えを使用しています。これには、発生遺伝学、疾患プロセス、遺伝子調節の研究が含まれます。[17]たとえば、遺伝子組み換え家畜は、牛乳や肉の生産量を増やすとともに、人間の医薬品を生産することができます。遺伝子組み換え動物の組織や臓器は、免疫拒絶の可能性が低いため、輸血や移植にも使用できます。[18]
精子細胞
遺伝子組み換えによる動物の遺伝子改変は、外来DNAを用いた精子細胞の改変という新しい分野を生み出した。精巣上体の精子細胞は外来核酸に反応し、イオン相互作用によりDNAが精子に可逆的に結合することが明らかになった。[19]精子細胞が外来DNAを見つけて取り込む能力は、受精中に卵母細胞に外来遺伝子を移入し、遺伝子組み換え動物を作り出すために使用された。[6]しかし、精子細胞による外来DNAの取り込みが低いことと卵母細胞の受精率が低いことが相まって、効率が低いことがこの技術の妨げとなっている。[20]
参照
参考文献
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