本日の内容：バイオテクノロジー

① 基礎技術DNAの取り扱い：配列解析、PCR法、DNAアレイ蛋白質の取り扱い：ウェスタン法、プロテオーム解析

② 遺伝子組み換えと有用蛋白質の生産③ 個体を扱う技術と再生医療(iPS細胞技術)

Figure 8-18a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

教科書 14.1.1

ゲル（網目構造）

緩衝液

DNAサンプル（負電荷を持っている）

電気泳動

←DNAバンド分子量の大きなDNAほど網目にひっかかるので

上にのこる。

Figure 8-50a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

汎用遺伝子シーケンサーの原理（ジデオキシ法）（DNA配列をどうやって決定するか？）

蛍光色素

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DNAを構成するパーツ（A,T,G,Cの4種類）

DNAパーツもどきw/z蛍光色素（A,T,G,Cの4種類）

教科書 14.1.2

Figure 8-50b Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

電気泳動で長さを見る：14番目はA（蛍光）と相補対をつくる「T」と決定。

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フツーのDNAのパーツ 蛍光性のDNAもどき分子

このDNAの配列を知りたい！

知りたい配列と相補的なDNAを合成

DNAもどきが、フツーのAの代わりに重合

教科書 14.1.2

Figure 8-50c Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

教科書 14.1.1と14.1.2

分子量大

分子量小

Aもどき Tもどき Cもどき Gもどき

別々の４つの試験管を使って、1) 知りたいDNA2) 4種類のDNA原料3) もどきのどれかを加えてDNAを合成（伸長）

4種類のDNAの原料（A,T,G,C)

Figure 8-51 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

教科書 14.1.1と14.1.2

分子量小 分子量大

PCR鋳型DNAがあれば

PCR技術で目的DNAを増やせる

出典： よく分かる分子生物学の基本としくみ、p.189.7

←超高熱菌（古細菌）がオリジンの酵素

教科書 14.1.3と図14.1

• PCR技術：DNAはコピーできるし、増やせる。

• 4レーン目：被害者の衣類に付いていた血液由来DNA

• 6レーン目：犯行現場の歩道から採取された血液由来DNA（もちろん一致）

• 7レーン目:被害者自身のDNA（鑑定ミスを避ける）

• 2、3レーン目：容疑者

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3 4

5 6

7遺伝子から何が分かるか？

遺伝子鑑定

8

Figure 20-35a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

教科書 14.1.4c

原癌遺伝子

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正常組織癌組織

組織から、別々にDNAを取り出し、蛍光物質を結合させ蛍光DNAをつくる。

別々の組織から取り出して標識した蛍光DNAをひとつに混ぜる

癌で過剰に存在するDNAがあれば、そのDNAのところだけ赤い蛍光が強まる。

Figure 8-20 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

教科書 14.1.5と図14.2

蛋白質全体を検出したもの (A)を膜に転写して、抗体を用いて特定の蛋白質だけを検出したもの

ウェスタン法

プロテオーム解析の典型的手法

• 細胞の全蛋白質を（二次元）電気泳動などで分離し、得られたパターンを画像解析することによって変化を見つける。

• 見つかった蛋白質に対しては、さらに酵素で消化した後で質量分析を行うことによって、どの遺伝子の産物に相当するものか同定する(ペプチドマスフィンガープリンティング）。

• その情報をもとに世界中の研究者らによってインターネット上に登録・公開されている情報にアクセスして考察を行うことで、その蛋白質の生理機能や病気との関連を解明する手掛りを得る。

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教科書 14.1.5b

Figure 8-31 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

教科書 14.2.1と図14.3様々な制限酵素の例：

Figure 8-32 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

教科書 14.2.1と図14.3

Figure 8-48 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

教科書 14.2.1, 14.2.2

と図14.3

微生物用に用いるプラスミドベクターDNA

クローニング

組換えDNAを元にした蛋白質生産の概要

↑ 例：ヒトインスリン蛋白質

大腸菌や酵母細胞

ヒトインスリン蛋白質をコードするDNA（インスリンを作るプログラム）

Figure 8-39 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

(DNA結合酵素)

プラスミドベクターDNA

細菌の運び屋DNA（ベクター）への、目的DNAのクローニング

例：ヒトインスリン蛋白質をコードするDNA

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教科書 14.2.1, 14.2.2

と図14.3

Figure 8-40 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

細菌を用いた、プラスミドDNAの大量増幅

DNAは、微生物を使って簡単に大量複製できる。

16

教科書 14.2.1, 14.2.2

と図14.3

ネズミ由来のジヒドロ葉酸還元酵素を、大腸菌で作製した例：

ゲル電気泳動を使って分子量によって分画

NEXT-A反応を使って、酵素だけを蛍光検出 出典： 瀧, ChemBioChem, 10, 2460 (2009年).

ジヒドロ葉酸還元酵素

ジヒドロ葉酸還元酵素

分子量大

分子量小17

電気泳動

動物のクローニング

ドリー：

たった一つの体の細胞でも、1匹の生き物を作り

上げるために必要な全ての遺伝子を持っている。 18

教科書 14.3.1

動物クローニングの歴史

• 1938年：動物クローニングの予言(Spemann).

• 1960年代：カエルのクローニング成功(Gurdon).

• 1996年：羊（ドリー）誕生(Wilmut).

• 1998年：牛（8頭！；日本で）.

• 2000年：猿.

• 2004年：人間の胚のクローニング成功… （孫悟空の世界も現実味を…これは素晴らしいことか、憂慮すべきことか？）

• 2012年:ネズミiPS細胞から、受精卵作製成功＆ネズミ誕生

19

教科書 14.3.1

機能しなくなってしまった場合→臓器移植（従来法）

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再生医療教科書 14.3.3

出典：なにがスゴイか？万能細胞技術評論社 中西貴之著

病原性大腸菌を襲う免疫系：

患者との適合性の低い他人の臓器を移植すると、臓器細胞もこの大腸菌同様に免疫系によって破壊される（拒絶反応）。

臓器移植の問題：

マクロファージ（白血球の一つ；貪食細胞）

食べられる直前の大腸菌

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• 自分の細胞なので、拒絶反応が起こらない。

• ヒトの体：全身に200種類の細胞（1個の受精卵が分化）

• 現在、癌化のリスクを乗り越えて臨床研究に向けた取り組み

（より安全で効率の良い手法を開発）

朝日新聞 2012.07.2122

ヤマナカ4因子の役割

（をKlf4が止めている）癌遺伝子

癌化とiPS化は、紙一重の関係にある。

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出典：なにがスゴイか？万能細胞技術評論社 中西貴之著

マウス卵子の作製

多能性→全能性

• 多能性細胞（iPS細胞）から、精子(2011年)

および卵子を作ることができ、全能性細胞（受精卵）にして出産。

• 幸いヒトではまだ不可能。（生命倫理の問題）

出典： 2012.10.05 朝日新聞, Science (2012年）.24