大腸菌の遺伝子研究いまむかし＊
永田俊夫＊＊
1. はじめには分かり切ったことで、いまさら何も私は専門が遺伝学で生物学畑の人間言 う必要はないかもしれません。しかですが、 1970 年にアメリカから帰国しし 私 が 大 学 に 入 っ た 頃 は そ うではなて京都大学ウイルス研究所に奉職し大かったと思います。

究科化学専攻の協力講座だったために、伝学は、 一 方 で は 伝 統 的 な い わ ゆ る

それで私も化学教室の方へ大学院の講ものがありました 。 しかしそれに対し学院の関係教官にな ったとき、理学研

私は昭和 28 年入 学ですが、 当時の遺化学専攻の大学院生諸君を受け入れ、「メンデル＝モルガンの遺伝学」という義に行かせていただいたりしました。
その後 2て、それに真っ向から対立する「ミ3 年で、同じ理学研究科で新チューリン＝ルイセンコ遺伝学」とい設の生物物理学専攻が整備され、こちうものが、物凄い勢いで 一世を風靡しらが私どもの専門分野の分子生物 学 ・ ていたのです。それで我々 学生仲間の分子遺伝学 を包含するので移籍いたし間では、それこそ文字通りケンケンガました。

クガクの議論を、毎日のように繰り広そのようなわけで、「京都化 学者クラげるという有様でした 。

ブ」月例会の卓話として、私がずっとところが、じつはこの昭和 28 年とい手がけてきた大腸菌の遺伝子研究に関する話題を提供させていただくこととなり、ご縁の深さにいささかの感慨を禁じ得ません。

うのは西暦 1953 年でして、イギリスのCambridge の Cavendish 研究所にいたJames D .Watson (1928 ）と Francis H.
C. Crick ( 1 9 1 6 ）が D N A の二重ラセン構造を発見した年だったのです。その翌年、私、大学 2 回生の頃と思います

2. Mendel から Watson & Crick へ
さて大腸菌の遺伝子研究ですが、でが、このことを当時出ていた『自然』と疑問を抱かれるのではないでしょうか。

そこで私は、伝統的な遺伝学研究のは「一体なぜ大腸菌なんだ？」とまずいう雑誌で読みました。

しかしそれにお答えする前に、「なぜ遺結果から生まれてきたこの D N A 構造話するのが順序かと思います。もちろ

聴しましたし、それで、「やっぱりルイ伝子なんだ？」ということについておの発見のことを友人達にも話をして吹ん遺伝子の意義や重要性など、今日でセンコよりも、メンデルやモルガンの＊第 120 回京都化学者クラブ例会 [2000 年 6 月 3 日］講演＊＊京都大学ウィルス研究所 〒 606‑8264 京都市左京区 北白川小 倉町 50‑105(76)

海 洋 化 学 研 究 稟 13 巻第 2 号 平 成 12 年 10 月

遺伝学の方が正しいのだ」などと言っ

つまり、 1865 年、 Mende] によって初て議論をしていたわけです。

めて遺伝子の概念が生まれました。そD N A の研究や勉強ができるような大学代の頃に、 Morgan とその学生達の研究ないという状態でした。それでそれな概念的な存在というだけでなく、実際のが早道だろうというわけで、私は大体的なものだということが明らかにさろで休学し、 N e w York の Columbia 大学

Mendel は実験材料としてエンドウマ

けれども当時の日本では、学生がの研究室というものは、まだほとんどらいっそのこと、アメリカヘでも行く学院修士課程の 1 年目が終わったとこしてそれから半世紀ほどして、 1910 年

によって、遺伝子というものが単なるに細胞の核の中の染色体に存在する実れたのです。

へ留学しました。

メを用いましたが、その後トウモロコ

Francis]. Ryan (1917"" 1964) です。こ究されました。動物ではマウスやラッ子研究について、本当に手取り足取りが始めた Drosophila の利点は世代時間ました。大変惜しいことに、 1964 年、倒的な大きさ、染色体解析の容易さなここで指導を受けたのが Professorの先生から、私は初めて大腸菌の遺伝の、じつに懇切丁寧な手ほどきを受けまだ 47 オの若さで心臓麻痺のため急逝されました。

Ryan の研究室は Schermerhorn Hall という建物にありました。迂闊にも私はシやコムギなどの栽培植物が盛んに研トなどが昔も今も重要ですが、 Morganの短さ ( l 2 週間）、扱える個体数の圧どで抜群でした。

さらに 1940 年代には、アカパンカ

ビ、サルモネラ菌、大腸苗、種々のバクテリオファージと新しい研究対象が行くまで知らなかったのですが、この続々と登場しました。これらの世代時(1866"'‑'1945) の「ハエの部屋 The Fly
R o o m 」が 1910 年代の当時のままに残飛躍的に増大し、加えて生化学的解析

建物には有名な Thomas Hunt Morgan間はますます短くなり、実験個体数もに最適の材料として画期的な成果を生されており、学生の動物学実習室としみ出すこととなりました。

ウジョウバエ Drosophila という小さなアメリカヘ亡命した M a x Delbruck とヨーロッパで勃発した第二次大戦でて使われていました。 Morgan は、ショ発した元祖です。ですから、彼の研究Salvador Luria が、 1940 年、 California エ科大学でファージ・グループを結成しです。先にも申しましたように、伝統D. Hershey 、 Jim Watson 、 Matthew

ハエを遺伝学研究の実験材料として開ました。このメンバーの中から Alfred室が「ハエの部屋」と呼ばれていたの的な遺伝学のことを「メンデル＝モル

Meselson 、Frank Stahl など、後に分子生伝学は Gregor Mendel (1822‑‑‑‑‑ 1884) にしたのです。

ガン遺伝学」と言ったりしますが、遺始まり、 Morgan に至って確立されたといえるわけです。

Transactions of T h e Research Institute ofむ eanochemistry Vol.13. No.2. む tober.. 2lMMI

物学の生みの親たちとなる面々が輩出

1941 年、 George Beadle と Edward

Tatum がアカパンカビの生化学遺伝学(77)

の研究成果として、「 1 遺伝子 l 酵素説

one gene‑one enzyme hypothesis 」を発表しました。 1944 年には、 Oswald A very
らが肺炎双球菌の解析結果から毒性の原因因子は D N A にあることをつきとめました。同年、量子力 学の理論物理れた (1957 年）とか、以上はほんの代表例でその他枚挙にいとまがありません。
ところがこれらの研究の流れと平行するかのように、もう一つの大きな流れが起こりました。すなわち大腸茜の遺伝解析です。 これを可能にしたのがWhat is Life?" を出版して、遺1947 年 、Josua Lederberg と Tatum による大腸菌の雌雄の性別の発見です。

、 Erwin Chargaff は、多ました 。 1950 年

ので、より高等な真核生物がもつよう学者 Erwin Schrodinger が生物学に興味を示し、伝現象も物理法則に従うはずだと説き

大腸菌などは、いわゆる原核生物な数の生物の D N A 組成分析の結果から、な性別はありません。しかし特殊なプトシン］との等量性が普遍的であるこが茜細胞中に寄生的な存在を保持する

T 2 と放射性同位元素を用いた実験で、保持しない雌菌と接合しますと、雄菌［アデニン＋グアニン］とIチミン＋シとを指摘しました 。 1952 年、フ ァージ

Hershey と Martha Chase は遺伝子の本体が D N A であることを決定的に証明しました 。
、これらの研究の集積から、 1953 年
ついに Watson と Crick の発見がもたらされ、分子生物学・分子遺伝学の幕開けとなったのです。

ラスミドという環状 二 重らせん D N A

ことによ り、これが雄菌となります 。のプラスミドおよび宿主の雄菌染色体が雌菌へ移入されます。そして遺伝的組換えを起こす現象を利用して、エ ンドウマメやショウジョウバエで有効だ ったのと原理的に全く同等の遺伝解析が可能とな りました。

こうして 1960 年代頃には大腸菌の染色体ゲノム D N A のサイズ（約 470 万塩3. 分子生物学と大腸菌基対）、遺伝子連関地図、複製による自不可欠です。それには当初から、サル遺伝暗号及び遺伝子の転写と翻訳によました。その過程で、フ ァージの構造のあらましが分かってきました 。やがファージの研究には、その宿主菌がモネラ菌や大腸菌が特によく用いられ己増殖、遺伝子組換えや損傷の修復、る遺伝形質の発現とそれらの調節などや性質の解明とともに 、宿主菌の解析て、その原理的な構造と機能や メカニの感染に抵抗性の突然変異菌の研究の全生物に共通して普遍的であることも同時進行しました。例えばフ ァージ、 Luria と Delbruck) とか、(1943 年
Watson と Crick が予想した D N A の半保存的複製が Meselson と Stahl の大腸菌実験で証明されたこと (1957 年）とか、初めて D N A ポ リ メ ラ ー ゼ が Arthur

Kornberg らによって大腸菌から精製さズムは、ただ大腸菌に限らず、地球上が徐々に解明されてきました 。

4. D N A 複製のメカニズム

このように大腸菌はつねに分子生物学研究の歴史において先頭をき って貢献してきました 。その全貌をここで概(78)

海 洋 化 学 研 究 第 13 巻第 2 号 平 成 12 年 10 月

説するのはとても無理なので、複製に年、今は故人となられましたが当時名関する l 例 だ け に つ い て 述 べ て み ま

古屋大学におられた岡崎令治博士とそ

大腸菌の染色体ゲノム D N A は極めのパルス標識実験に成功し、不連続複しょう。のグループの人たちが、放射性前駆体て細長い巨大高分子です。これが複製製による短い子孫鎖の一時的な存在をから終点へ向かって規則正しく進行し、okazaki fragment と呼ばれていて、ヒト同調していることが 1963 年頃に、私やかっています。同じ頃、 D N A リガーゼして自己増殖するとき、必ずその起点証明しました。現在この短い鎖はを含めて普遍的に存在することが分周期性をもって細胞増殖のサイクルとが発見され、実際にこれらを連結するJohn Cairns やその他の人々によって示メカニズムも解明されました。

されました。

二重らせん D N A の各単鎖は互いに相補的で、しかもそれぞれが逆の方向

5. 終わりに複製は、これらの単鎖が開いて鋳型と基配列も解明されましたし、これはも合的に合成されて自己増殖を達成しま

周知のとおりです。ここに至る歴史のメラーゼです。ところがこの酵素は重鱗でもお伝えできたとすれば幸甚です。のです。大腸菌だけでなく、調べられ甚の謝意を表します。

性 (5' → 3'）をもっています。半保存的

現在では大腸菌ゲノム D N A の全塩なりそれぞれに相補的な子孫単鎖が重うヒト・ゲノムにも及んでいることはす。この重合を触媒するのが D N A ポリ中で、大腸薗が果たしてきた役割の片合の方向が必ず 5' → 3' に限られている

この機会を与えていただいたことに深たあらゆる生物のポリメラーゼがそうなのです。

参考文献

複製方向に対して 3' → 5' である単鎖永 田 俊 夫 ('65) 染色体における D N A の方向に重合が進むので問題ありませ物理学講座 I 」pp.53"'97) 吉岡書が鋳型となる場合の子孫鎖は、 5' → 3'複製（日本生物物理学会編「生物ん。ところがその逆の 5' → 3' となって店

永 田 俊 夫 ('89) 原核生物の遺伝子系いる鋳型に対しては、子孫鎖は複製方向に対して 3' → 5' となり、 一見不都合（日本分子生物学会編「シリーズ分子生物学の進歩 l 」pp.75"‑'98)です。

この難題をどう解決するか。 1960 年

丸善株式会社

代、私を含め何人かの人々は、複製方永 田 俊 夫 {'93) 原核生物ゲノムの自己順送りに合成され、それらが最終的にpp.528'"'‑'534) 日本学術振典会想像をたくましくしておりました。と良 隆 ('00) 生命科学のコンセプ増殖制御（学術月報 Vol.46, No.6,

向と逆行する短い子孫鎖が不連続的に連結されればよいではないかと勝手なころがこの想像は的中しました。 1968

Transactions of Th• R•s•arch lnslitut• of<><•anochemistry Vol.13. No.2. 0<10 炭 r..UMMI

ト・分子生物学(79)

化学同人