遺伝子組み換え魚

遺伝子組み換え魚（GM魚）は、無顎類（あごのない魚）、軟骨魚類（軟骨魚）、硬骨魚類（硬骨魚）を含む分類上の系統群の生物で、遺伝子工学技術を使用して遺伝物質（DNA）が変更されています。ほとんどの場合、その目的は、種に自然に発生しない新しい形質を魚に導入すること、つまり遺伝子組み換えです。

遺伝子組み換え魚は科学研究に使用され、ペットとして飼育されている。環境汚染監視員として、また養殖食品生産に使用するために開発されている。2015年、アクアアドバンテージサーモンは米国食品医薬品局（FDA）により商業生産、販売、消費が承認され、^[1]人間の食用として承認された最初の遺伝子組み換え動物となった。作成された一部の遺伝子組み換え魚には、「すべての魚」成長ホルモンの過剰生産を促進するプロモーターが含まれている。これにより、サケ科魚類、^[2] コイ^[3]およびティラピアを含むいくつかの種で劇的な成長促進がもたらされる。^{[4] [5]}

批評家たちは、生態学的懸念、動物福祉の懸念、食品としての使用が安全かどうか、世界の食糧需要を満たすために遺伝子組み換え魚が必要かどうかなど、いくつかの理由で遺伝子組み換え魚に反対している。

最初の遺伝子組み換え魚は1985年に中国で生産されました。^[6] 2013年現在、約50種の魚が遺伝子組み換えの対象となっています。これにより、400以上の魚と形質の組み合わせが生まれました。ほとんどの組み換えは、アトランティックサーモン（Salmo salar）、ティラピア（属）、コイ（Cyprinus carpio）などの食用種に対して行われています。^[7]

一般的に、遺伝子組み換えにはDNAの操作が伴う。このプロセスは、従来の方法で繁殖できる生物間で遺伝子を移入する場合はシスジェネシス、ある種の遺伝子を別の種に追加する場合はトランスジェネシスと呼ばれる。この場合の魚のように、目的の生物のゲノムへの遺伝子導入には、レンチウイルスのようなベクター、またはマイクロシリンジや遺伝子銃による宿主の核への改変遺伝子の機械的/物理的挿入が必要である。^[8]

遺伝子組み換え魚は、5つの幅広い分野にわたる研究に利用されている^[6]

• 市販魚の特性を高める
• 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使用
• 水質汚染物質の指標としての使用
• 新しい非哺乳類動物モデルの開発
• 機能ゲノム研究

GM魚のほとんどは、遺伝学と発達の基礎研究に使用されています。ゼブラフィッシュ（Danio rerio）とメダカ（日本のメダカ、Oryzias latipes ）の2種の魚は、光学的に透明な絨毛膜（殻）を持ち、急速に成長し、1細胞胚は観察しやすく、トランスジェニックDNAをマイクロインジェクションしやすく、ゼブラフィッシュは臓器組織を再生する能力があるため、最も一般的に改変されています。^{[9]これらは}創薬にも使用されています。^[10] GMゼブラフィッシュは、人間の臓器組織の病気や機能不全の謎を解明する利点が研究されています。たとえば、ゼブラフィッシュは、心血管疾患の治療法を研究および発見するための取り組みにおいて、心臓組織の修復と再生を理解するために使用されます。^[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、発達初期に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他の要因の指標として使用できる可能性があると言われています。^[12]

集約的な養殖では、魚は高密度で飼育される。つまり、伝染病が頻繁に伝染する問題であり、これは遺伝子組み換え研究によって解決されている。 ソウギョ（Ctenopharyngodon idella ）は、ヒトラクトフェリンをコードする遺伝子組み換えによって改変されており、エロモナス菌やソウギョ出血ウイルスにさらされた後の生存率が対照魚の2倍になっている。 セクロピンはアメリカナマズに使用され、いくつかの病原菌に対する防御力を2～4倍に高めている。^[13]

GloFishは特許取得済みの^[14]技術で、遺伝子組み換え魚（テトラ、バルブ、ゼブラフィッシュ）にクラゲやサンゴのタンパク質を発現させ^{[6] [15] 、}紫外線で見ると鮮やかな赤、緑、オレンジ色の蛍光色を放つ。この魚はもともとシンガポール国立大学の科学研究用に作られ、特許も取得されていたが、テキサスのヨークタウンテクノロジーズ社がペットとして販売する権利を取得した。^[15] 2003年に商業的に導入され、ペットとして一般に販売されるようになった最初の遺伝子組み換え動物となった。 ^[16] カリフォルニア州ではすぐに販売が禁止されたが、現在では再びこの州で店頭に並んでいる。^[17] 2013年現在、Glofishは米国でのみ販売されている。^[18]

その他のペット魚の遺伝子組み換え系統には、生涯透明のままであるメダカや、ピンク色の体色の遺伝子組み換えエンゼルフィッシュ（ Pterophyllum scalare）や、ミドリイシサンゴ（Acroporo millepora）の赤色蛍光タンパク質を発現するライオンヘッドフィッシュなどがある。^[19]

オーシャンパウトIII型不凍タンパク質遺伝子は、金魚にマイクロインジェクションされ発現することに成功しました。遺伝子組み換え金魚は、対照群と比較して高い耐寒性を示しました。^[20]

遺伝子組み換え魚を用いた集中的な研究の1つの分野は、成長ホルモン（GH）の発現を変更することによって食糧生産を増やすことを目指している。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倍になることから、同等の年齢の野生型に比べてほぼ100倍重い魚まで範囲が広い。^{[13]この研究分野により、}サケ^[23] 、マス^[24]、ティラピア^[25] など、いくつかの種の劇的な成長促進がもたらされた。他の情報源によると、サケとドジョウの成長は、野生型の魚と比較してそれぞれ 11倍と30倍増加している。 ^{[6] [26]} 遺伝子組み換え魚の開発は、いくつかの種がさまざまな国で販売できる段階に達しており、例えば、キュ​​ーバの遺伝子組み換えティラピア、中華人民共和国の遺伝子組み換えコイ、米国とカナダの遺伝子組み換えサケなどである。^[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の報告があった。^[6]

下垂体からのGHの過剰生産は、主に魚の餌消費量の増加によって成長率を増加させるが、飼料変換効率も10～15％増加させる。^[28]

遺伝子組み換え魚の肉の生産量を増やすもう一つの方法は「二重筋肉化」である。この方法では、ニジマスにベルギーブルー牛に似た表現型が現れる。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遺伝子導入と、2つの筋肉層の発達によって達成される。^[13]

2015年11月、米国FDAは、 アクアバウンティ社が作成したアクアアドバンテージサーモンの商業生産、販売、消費を承認した。^{[1] [29]これは、人間の食用として承認された最初の遺伝子組み換え動物である。この魚は本質的には、}キングサーモン の成長ホルモン調節遺伝子とオーシャンパウト由来のプロモーター配列という単一の遺伝子複合体が挿入されたアトランティックサーモンである。これにより、遺伝子組み換えサーモンは、野生型のアトランティックサーモンのように一年の一部で休止するのではなく、一年中GHを生成できる。^[30] 野生型のサーモンは、市場サイズ（4～6kg）に達するまでに24～30か月かかるが、遺伝子組み換えサーモンはこれに達するまでに18か月かかる。^{[31] [32] [33] [13]}アクアバウンティは、同社の遺伝子組み換えサーモンは、現在遠隔地の沿岸養殖場で飼育されている大西洋サーモンよりも最終市場の近くでより効率的に（市場に出回る重量に達するのに必要な飼料の量が25％少ない^[34]）育てることができるため、廃棄物のリサイクルや輸送コストの削減など、環境に優しいと主張している。^[35]

遺伝子組み換え魚が誤って野生のサケと交配するのを防ぐため、食用として飼育される魚はすべて雌で三倍体であり、99%が生殖不妊である。^{[33] [30]}魚は、逃げ出さないようにサケの生存を支えるには高すぎる川や海水温などの物理的な障壁と地理的封じ込めを備えたパナマの施設で飼育されている。^[36] FDAは、AquAdvantageが米国の環境に大きな影響を与えないと判断した。^{[36] [37]} FDAがサケの卵の輸入を承認したインディアナ州でも養殖場が準備されている。^[38] 2017年8月現在、カナダではGMOサーモンが販売されている。^[39]米国での販売は2021年5月に始まった。^[40]

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。^[41] GloFishを開発した研究室は、もともと環境監視員として、汚染物質が存在すると色が変わるように意図していた。^{[42] [43]}シンシナティ大学とチューレーン大学のチームも同じ目的で遺伝子組み換え魚を開発している。^{[44] [45] [46]}

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、粒子銃衝撃、リポソーム媒介遺伝子導入、精子媒介遺伝子導入など、いくつかの遺伝子組み換え方法が使用されてきた。マイクロインジェクションは、最も高い生存率をもたらすため、遺伝子組み換えゼブラフィッシュを生産するために最も一般的に使用されている方法である。^[47]

遺伝子工学の規制は、遺伝子組み換え作物の開発と放出に関連するリスクを政府が評価し管理するために取るアプローチに関係しています。国によって GMO の規制には違いがあり、最も顕著な違いのいくつかは米国とヨーロッパの間に生じています。規制は、遺伝子工学の産物の用途に応じて、特定の国で異なります。たとえば、食用を目的としない魚は、通常、食品の安全性を担当する当局によって検査されません。

遺伝子組み換え動物を評価するための米国FDAガイドラインでは、遺伝子組み換え構造物を連邦食品化粧品法の動物用医薬品規定に基づいて規制される「医薬品」と定義している。この分類は、すべての遺伝子組み換え食用動物の許可をFDAの獣医学センター（CVM）の管轄下に置くこと、FDAが一般に公開できる情報に制限を課すこと、さらに、よりオープンな食品安全審査プロセスを回避することなど、いくつかの理由で重要である。^[48]

米国のワシントン州とメイン州は、遺伝子組み換え魚の生産を永久に禁止している。^[48]

批評家たちは、倫理的懸念、環境的懸念（特に遺伝子流動について）、遺伝子組み換え技術と遺伝子組み換え生物が知的財産法の対象となることから生じる経済的懸念など、いくつかの理由で遺伝子組み換えの使用自体に反対している。また、遺伝子組み換え食品をめぐる論争にも関与しており、遺伝子組み換え魚を食品として使用することは安全か、魚アレルギーを悪化させたり引き起こしたりするか、遺伝子組み換え魚や作物は世界の食糧需要を満たすために必要かどうかなどについて議論されている。これらの論争は、訴訟、国際貿易紛争、抗議活動、そしてほとんどの国での商業製品の厳しい規制につながっている。

遺伝子組み換え動物全般に対しては、国民の間で多くの疑念が持たれています。^[49]遺伝子組み換え魚は、食品や医薬品に使用されるすべての遺伝子組み換え動物の中で、一般大衆による受け入れ度が最も低いと考えられています。^[50]

成長ホルモンを遺伝子組み換えした、成長の早いトランスジェニック魚では、モザイク創始魚の成長速度は大きく異なり、体内のトランスジェニック細胞の割合と分布が非常に多様であることを反映します。このような成長速度の高い魚（およびその子孫）は、人間の先端巨大症に似た形態異常を呈することがあり、体に対して頭部が大きくなり、鰓蓋が膨らみます。これは魚が年を取るにつれて次第に悪化します。摂食を妨げ、最終的には死に至ることもあります。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、遺伝子組み換えコホーサーモン、ニジマス、コイ、アメリカナマズ、ドジョウで報告されていますが、ナイルティラピアでもそれほど多くはありません。^{[51] [信頼できない情報源? ]}

遺伝子組み換えコホーサーモン（Oncorhynchus kisutch ）では形態学的変化と相対成長の変化が見られ、遊泳能力が低下しています。また、摂食や遊泳に関する活動レベルが上昇するなど、異常な行動も見られます。^[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ます。^[28]

遺伝子組み換え三倍体魚は、二倍体よりも温度ストレスの影響を受けやすく、奇形の発生率が高く（例えば、目や下顎の異常^[52]）、攻撃性が低い。^{[53] [54]} 遺伝子組み換え魚の福祉上のその他の懸念としては、酸素欠乏状態での酸素必要量の増加によるストレス増加が挙げられる。^{[27]コホーサーモンの低酸素状態（}低酸素症） による死亡は、トランスジェニック魚で最も顕著であることが示されている。^[55] 低酸素状態に対する感受性の増加は、より大きな核を必要とする染色体の余分なセットの挿入によって引き起こされ、それによって細胞全体が大きくなり、細胞の表面積と体積の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、自分自身または野生の近縁種と交配する能力に優れているため、生物的または非生物的封じ込め措置から逃れた場合、自然界に定着する大きな可能性を秘めています。^[21]

遺伝子組み換え魚が逃げ出すことによる結果については、さまざまな懸念が表明されている。倍数体の場合、不妊の程度、産卵の妨害、次世代に貢献せずに資源と競合することなどが挙げられる。トランスジェニックの場合、懸念には、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、構造の安定性、ゲノム内またはゲノム間でDNA構造が転座する能力などが含まれる。 ^[56]

ある研究では、日本のメダカ（ Oryzias latipes ）の関連する生涯データを使用して、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、交配上の優位性の向上の結果として広がるが、子孫の生存率の低下により、最終的には両方の集団の局所的絶滅を引き起こすと予測されています。^[57]遺伝子組み換えコホーサーモンは、野生型の魚よりもリスクを取る行動が大きく、限られた食物をよりうまく利用しています。

遺伝子組み換えコホーサーモン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ーモンに比べて体格がかなり大きくなる（7倍以上）。同じ飼育場で遺伝子組み換えサーモンと非遺伝子組み換えサーモンが異なるレベルの餌を求めて競争すると、遺伝子組み換え個体は一貫して非遺伝子組み換え個体より成長が早い。餌の豊富さが低い場合、優勢な個体（必ず遺伝子組み換え個体）が出現し、仲間に対して強い敵対行動と共食い行動を示し、限られた餌資源の獲得を支配する。餌の豊富さが低い場合、遺伝子組み換えサーモンを含むすべてのグループで個体数の激減または絶滅がみられるが、非遺伝子組み換えサーモンのみを含むグループの生存率は良好（72％）である。^[58] このことから、条件が非常に悪い場合、これらの遺伝子組み換え魚は野生型よりもよく生き残るという示唆が生まれた。^{[28] [59]}

ドジョウの2種（ミスグルヌス属）間の人工的な遺伝子組み換え交雑に成功したという報告があるが、これらの種が自然に交雑することは知られていない。^[60]

GloFishは、米国の野生では定着できない通常のゼブラフィッシュよりも適応力が劣っていたため、環境上の脅威とはみなされていませんでした。 ^[6]

FDAは、アクアアドバンテージ・サーモンは陸上の水槽で安全に飼育でき、野生に逃げ出すリスクはほとんどないと述べている。^{[35]しかし、}欧州食品安全機関のGM委員会の元委員長であるジョー・ペリーは、「FDAは封じ込めと不妊化を保証しているが、どちらも保証されていないため、これらのGMサーモンが野生に逃げ出し、繁殖した場合に起こり得る結果について正当な生態学的懸念が残っている」と述べている。^[35]

アクアバウンティは、彼らのGMサーモンは三倍体で不妊であるため、野生の魚と交配できないとしている。^[32] 生殖可能な三倍体の可能性は、遺伝子組み換え魚の生物学的封じ込め手段として三倍体を使用する際の大きな欠点の1つである。^[61] しかし、三倍体化プロセスにもかかわらず、卵の1.1％は二倍体のままであり、したがって繁殖可能であると推定されている。^[62] 不妊化プロセスの失敗率は5％であると主張する人もいる。大西洋の3,000か所のそれぞれの場所に約100万匹の魚がいるため、一度失敗すると、生殖能力のある1,100〜5,000匹の遺伝子組み換え魚が放出される可能性がある。^{[63] [34]} 遺伝子組み換えコホーサーモンに通常の圧力、高圧、または高圧と熟成卵を使用した大規模試験では、三倍体頻度はそれぞれ99.8％、97.6％、97.0％に過ぎません。^[64] AquaBountyはまた、研究が行われている地理的な場所や養殖場の場所により、遺伝子組み換えサーモンは野生状態では生き残れないことを強調しています。^[32]

GH トランスジーンは、GM アクアアドバンテージ サーモンと近縁の野生ブラウントラウト( Salmo trutta ) との交雑によって伝達される可能性がある。トランスジェニック ハイブリッドは、孵化場を模倣した条件で、トランスジェニック サーモンや他の野生型交雑種よりも生存可能で、より速く成長する。自然条件を模倣するように設計された河川メソコズムでは、トランスジェニック ハイブリッドは競争優位性を発揮し、トランスジェニック サーモンと非トランスジェニック サーモンの成長をそれぞれ 82% と 54% 抑制する。^[65]これら 2 つの種間の交雑の自然レベルは 41% にも達する可能性がある。^[65] この可能性を調査した研究者は、「結局のところ、トランスジェニック フィッシュと近縁種の交雑は、野生個体群にとって潜在的な生態学的リスクであり、可能性は低いとしても、トランスジェニックが自然界の新しい種に導入される可能性のある経路であると考えられる」と結論付けた。^[60]

2012年12月のスレート誌の記事で、遺伝子リテラシー・プロジェクトのディレクターであるジョン・エンティンは、2012年4月に完了したアクアアドバンテージ・サーモンの環境アセスメント（EA）の公表をオバマ政権が阻止したことを批判した。同アセスメントでは、「サーモンは食べても安全であり、深刻な環境被害は引き起こさない」と結論づけられていた。^[66] スレートの記事によると、報告書の公表は「ホワイトハウスとの会議の後、GMサーモンの承認の政治的影響について議論しており、支持者の一部を激怒させる可能性が高い」とのこと。^[66]記事の公表から数日後、選挙から2か月も経たないうちに、FDAはEAの草案を公表し、コメント期間を開始した。^[67]