DNAや遺伝子について学ぼう!

増える遺伝子

このページのテーマは、これ!
遺伝子を増やそう!
博士、映画”ジュラシックパーク”って見ました?
おお、あの恐竜がいっぱい出てくる映画かね。見たぞい。
博士もあんな風に恐竜を復活させられますか?
それは無理じゃろうのぉ...
どうして?
映画の世界の話じゃから、無理な設定もたくさんあるんじゃよ。だが、実際に出来ることもある。例えば、あの映画で恐竜の遺伝子をどうやって増やしていたか覚えておるかね?
お湯をかけるんですか?
ワカメと違うの!恐竜の遺伝子は、現在の遺伝子研究ではよく使われるPCRという方法で増やされていたんじゃ。PCRとはPolymerase Chain Reactionの略で、日本語にするとポリメラーゼ連鎖反応とでも言うのかのぉ。DNA鑑定にも使われておる方法じゃ。
ふ〜ん、髪の毛1本からでも遺伝子(DNA)を増やせるということですか?
その通り!原理的には、DNAが1本あれば、特定の部分を増やすことができるんじゃよ。
じゃあ、具体的にどんな方法か教えて下さい。
よろしい。まず最初に、DNAの大切な性質について説明しよう。DNAは、熱をかけると二重らせん構造がほどけて、2本の1本鎖DNAになってしまうんじゃ。これをDNAの変性という。逆に、熱で変性したDNAを冷ましてやると、再び2本鎖のDNAに戻ることが出来る。これを再生というんじゃ。
熱くなると離れて、冷めると元に戻る...恋人同士のケンカみたいですね。
この変性と再生の繰り返しが、PCRの基本なんじゃ。次に大事なのが、プライマーじゃ。“遺伝子分身の術”の最後に書いたプライマーの話を覚えておるかな?
はい。DNA合成は、RNAで出来た短いプライマーから始まるんですよね。
そう。PCRでは、人工的に合成したDNAプライマーを使うんじゃよ。しかも、増やしたい部分のDNAの両端と塩基対を形成できるように、プライマーを2種類設計しておく。ここで大事なのは、この2種類のプライマーはDNAの別々の鎖と塩基対を形成するようにしておかなくてはならない。
なるほど。この2種類のプライマーを使えば、欲しいDNAを自由に増やせるんですね。
そう。そしてもう一つ大事なのが、DNAポリメラーゼの種類。PCRでは反応液を何度も高温にさらすから、高い温度でも壊れない耐熱性のDNAポリメラーゼが必要なんじゃ。普通のDNAポリメラーゼでは、高温で壊れてしまう。
そんなDNAポリメラーゼがあるんですか?
うむ。実は、高温の環境で生きているバクテリアから単離されてきている。有名なのがTaqポリメラーゼじゃが、最近では色々な種類のものが単離されておる。
そういうDNAポリメラーゼを持っているから、高温の環境でも生きていられるんですね。
では、PCRを順番に説明していこう。まず、チューブの中に増やすための鋳型となるDNAと、十分な量の2種類のプライマーと、Taqポリメラーゼを入れる。
準備完了!
次に、このチューブを96度くらいの高温にするんじゃ。
そうすると、ケンカが熱くなって離れるんですね。
この熱によって鋳型の2本鎖DNAが変性し、1本鎖DNAになるんじゃ。
次に、このチューブの温度を、55度くらいまで下げる。
何のために?
この温度では、2種類のプライマーが1本鎖の鋳型DNAと塩基対を形成して結合するんじゃよ。
プ、プライマーと浮気ですか?
そしてさらに、このチューブの温度を72度くらいまで上げる。そうすると、Taqポリメラーゼがプライマーから5′->3’の方向にDNA合成をおこなうんじゃよ。
これで終わり?
いや。この96度・55度・72度の温度サイクルを何度も繰り返すんじゃ。普通は、30回も繰り返せばDNAはたくさん増える。これらの反応をまとめると、下のアニメーションのようになる。分かるかな?
なるほど。でも、どうやってチューブの温度を変えるんですか?
昔は、3つの温度が違う水槽を用意していたらしいんじゃが、今では、自動的に温度を変えてくれる器械があるんじゃ。値段の高い器械らしいぞ。
一家に一台というわけにはいきませんね。
一家に一台はいらんじゃろう?家でPCRなんかしてどうするのかね?
夏休みの自由研究で恐竜を作ったり、DNA鑑定屋でお小遣い稼いだり...
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