遺伝子組み換え魚

遺伝子組み換え魚は、5つの幅広い分野にわたる研究に使用されています^{[ 6 ]}

• 市販の魚の特性を向上させる
• 生物医学的に重要なタンパク質の開発のためのバイオリアクターとしての利用
• 水質汚染物質の指標としての利用
• 新たな非哺乳類動物モデルの開発
• 機能ゲノミクス研究

遺伝子組み換え魚のほとんどは、遺伝学や発生学の基礎研究に用いられています。ゼブラフィッシュ（Danio rerio）とメダカ（Oryzias latipes ）の2種は、卵膜（殻）が光学的に透明で、発生が速く、1細胞胚が観察しやすく、遺伝子組み換えDNAをマイクロインジェクションしやすいこと、そしてゼブラフィッシュは臓器組織を再生する能力があることから、最も一般的に遺伝子組み換えされています。^{[ 9 ]}また、創薬にも用いられています。^{[ 10 ]}遺伝子組み換え ゼブラフィッシュは、ヒトの臓器組織の疾患や機能不全の謎を解明する上での利点が研究されています。例えば、ゼブラフィッシュは、心血管疾患の治療法を研究・発見する取り組みにおいて、心臓組織の修復と再生を理解するために用いられています。^{[ 11 ]}

遺伝子組み換えニジマス（Oncorhynchus mykiss ）は、筋肉の発達を研究するために開発されました。導入された遺伝子により、発達の初期段階で速筋線維に緑色の蛍光が現れ、それが生涯にわたって持続します。この魚は、水質汚染物質や発達に影響を与えるその他の要因の指標として使用できる可能性があると示唆されています。^{[ 12 ]}

集約的な養殖では、魚は高密度で飼育されます。そのため、伝染病が頻繁に伝染し、この問題は遺伝子組み換え研究によって解決されつつあります。 ソウギョ（Ctenopharyngodon idella ）は、ヒトのラクトフェリンをコードする遺伝子を導入することで改変され、 Aeromonas属細菌やソウギョ出血ウイルスに曝露された後の生存率が対照魚の2倍になりました。 セクロピンは、チャネルキャットフィッシュにおいて、いくつかの病原性細菌に対する防御力を2～4倍高めるために使用されています。^{[ 13 ]}

遺伝子組み換え魚に関する集中的な研究分野の一つは、成長ホルモン（GH）の発現を改変することで食料生産を増やすことを目的としている。成長の相対的な増加は種によって異なる。 ^{[ 21 ]（図1）[ 22 ]}体重が2倍になるものから、同年齢の野生型よりもほぼ100倍重くなる魚まで様々である。^{[ 13 ]}この研究分野は、サケ^{[ 23 ]} 、マス^{[ 24 ]}、ティラピア^{[ 25 ]} など、いくつかの種で劇的な成長促進をもたらした。他の情報源によると、野生型の魚と比較して、サケとドジョウ の成長はそれぞれ11倍と30倍に増加している。^{[ 6 ] [ 26 ]} 遺伝子組み換え魚の開発は、キューバのGMティラピア、中華人民共和国のGMコイ、米国とカナダのGMサーモンなど、さまざまな国で販売準備が整ったいくつかの種が存在する段階に達している。^{[ 27 ]} 2014年には、カナダ、中国、キューバ、米国で遺伝子組み換え魚の食用としての承認申請が行われたと報告された。^{[ 6 ]}

下垂体からのGHの過剰生産は、主に魚の摂食量の増加によって成長速度を増加させるが、飼料変換効率も10～15％向上させる。^{[ 28 ]}

遺伝子組み換え魚の肉生産量を増やすための別のアプローチは「二重筋肉化」である。これは、ニジマスでベルギーブルー牛に似た表現型をもたらす。これは、ミオスタチンを阻害するフォリスタチンを発現するトランスジーンを使用し、2つの筋肉層を発達させることによって達成される。^{[ 13 ]}

いくつかの研究グループが水質汚染を検出するために遺伝子組み換えゼブラフィッシュを開発している。^{[ 42 ]} グローフィッシュを開発した研究室は、当初、環境監視装置として汚染物質の存在下で色を変えることを意図していた。^{[ 43 ] [ 44 ]}シンシナティ大学とチューレーン大学のチームは、同じ目的で遺伝子組み換え魚を開発している。^{[ 45 ] [ 46 ] [ 47 ]}

環境モニタリングのためにゼブラフィッシュに標的DNAを導入するために、マイクロインジェクション、エレクトロポレーション、パーティクルガンボンバードメント、リポソーム媒介遺伝子導入、精子媒介遺伝子導入など、いくつかの遺伝子導入法が用いられてきた。マイクロインジェクションは、生存率が最も高いため、遺伝子導入ゼブラフィッシュを作製する最も一般的な方法である。^{[ 48 ]}

成長ホルモンを遺伝子操作した遺伝子組み換えの急速成長魚では、モザイク状の創始魚の成長速度に大きなばらつきがあり、これは体内の遺伝子組み換え細胞の割合と分布の大きなばらつきを反映している。このような高い成長速度を持つ魚（およびその子孫）は、ヒトの先端巨大症に似た形態異常を発症することがあり、体に対して頭部が大きくなり、鰓蓋が膨らむ。これは魚が年を取るにつれて徐々に悪化する。摂食を妨げ、最終的には死に至る可能性がある。コンパッション・イン・ワールド・ファーミングが委託した研究によると、これらの異常はおそらく成長ホルモンの過剰発現の直接的な結果であり、遺伝子組み換えギンザケ、ニジマス、コイ、チャネルキャットフィッシュ、ドジョウで報告されているが、ナイルティラピアでは程度が低い。^{[ 52 ]}

遺伝子組み換えギンザケ（Oncorhynchus kisutch）では、形態変化とアロメトリーの変化により遊泳能力が低下します。また、摂食量や遊泳に関して活動レベルが増加するなど、異常な行動も示します。^{[ 27 ]} 他のいくつかの遺伝子組み換え魚も、体型や筋肉構造が原因で遊泳能力が低下していると考えられます。^{[ 28 ]}

遺伝子組み換え三倍体魚は温度ストレスに弱く、奇形の発生率が高く（例えば、目や下顎の異常^{[ 53 ]}）、二倍体よりも攻撃性が低い。^{[ 54 ] [ 55 ]} GM魚のその他の福祉上の懸念事項としては、酸素不足条件下でのストレスの増加が挙げられ、これは酸素需要の増加によるものである。^{[ 27 ]}ギンザケの低酸素 症による死亡は、遺伝子組み換え魚で最も顕著であることが示されている。^{[ 56 ]} 低酸素症に対する感受性の増加は、より大きな核を必要とする余分な染色体セットの挿入によって引き起こされ、その結果、細胞全体が大きくなり、細胞の表面積対体積比が減少することが示唆されている。

遺伝子組み換え魚は通常、野生に近い系統で開発されます。これらの魚は、自身または野生の近縁種との交配能力が非常に高く、生物的または非生物的な封じ込め措置から逃れた場合、自然界に定着する可能性が非常に高いです。^{[ 21 ]}

遺伝子組み換え魚が逃げ出した場合の影響について、幅広い懸念が表明されている。倍数体の場合、不妊の程度、産卵への干渉、次世代に貢献することなく資源をめぐる競合などが挙げられる。遺伝子組み換えの場合、遺伝子型の特性、遺伝子の機能、遺伝子の種類、多面的効果を引き起こす可能性、ゲノムの残りの部分と相互作用する可能性、構築物の安定性、DNA構築物がゲノム内またはゲノム間で転移する能力などが懸念される。 ^{[ 57 ]}

ある研究では、日本のメダカ（Oryzias latipes）の関連する生活史データを用いて、少数の遺伝子組み換え魚によって自然集団に導入された遺伝子は、交配の優位性の向上により広がるが、子孫の生存率の低下により、最終的には両方の集団が局所的に絶滅すると予測している。^{[ 58 ]}遺伝子組み換えギンザケは、野生型の魚よりもリスクを冒す行動が大きく、限られた餌をより有効に利用する。

遺伝子組み換えギンザケは摂食能力と成長が強化されており、非遺伝子組み換えサケに比べて体サイズがかなり大きくなる（7倍以上）。同じ囲いの中で遺伝子組み換えサケと非遺伝子組み換えサケが異なる量の餌をめぐって競争すると、遺伝子組み換え個体は常に非遺伝子組み換え個体よりも大きく成長する。餌の量が少ない場合、優位個体（例外なく遺伝子組み換え個体）が現れ、同世代に対して強い攻撃行動や共食い行動を示し、限られた餌資源の獲得を独占する。餌の入手可能性が低い場合、遺伝子組み換えサケを含むすべてのグループは個体数の激減または完全な絶滅を経験するが、非遺伝子組み換えサケのみを含むグループは良好な生存率（72%）を示す。^{[ 59 ]} このことから、これらの遺伝子組み換え魚は、非常に劣悪な条件下では野生型よりも生存率が高いという示唆がなされている。^{[ 28 ] [ 60 ]}

ドジョウ属（Misgurnus）の2種間で人工的な遺伝子組み換えによる交雑が成功したと報告されているが、これらの種は自然に交雑することは知られていない。^{[ 61 ]}

グローフィッシュは、通常のゼブラフィッシュよりも適応力が低く、米国では野生で定着できないため、環境への脅威とはみなされなかった。 ^{[ 6 ]}