講演会報告・杉浦 昌弘

ゲノム解読と人間像̶ゲノム解読への歩み
Genome Projects and Human Research̶ Toward Genome Decoding

椙山人間学研究センター 客員研究員

杉浦Masahiro昌弘

Sugiura１．はじめに
近年、遺伝子、ゲノム、遺伝子操作、遺伝なるのか」に解答を出すのは「科学」であ子組換え食品などが話題となっているが、こる。一昔前に、霞ヶ関に科学技術庁というのれらの情報は主にテレビや新聞などのマスコがあり、現在は前の文部省と合体して文部科ミに依存している。マスコミの特性から、異学省となっている。この例のように我が国で常なことを大げさに喧伝する嫌いがある。そは科学技術が一つの単語となって一つの意味こで、ゲノムや遺伝子に長年かかわってきたになってしまっている。少なくとも英語では、立場から、ジャーナリストや評論家とは違っScience and Technologyとなって二つの単語た角度で、まずゲノム解読がどのように進めと二つの意味を持っており、本来は科学・技られて来たかをもう一度考えてみたい。いわ術と記すべきである。

ゆる専門家は正確を期すため往々にして歯切19世紀の中頃、オーストリアの司祭であっれの悪い表現を使ってしまう。例えば「何々たメンデルがエンドウで実験していて、「遺と考えられなくもない」などである。そこで、伝する」ことは一つ二つと数えられる単位かここではできるだけ明確な表現に努めた。

らなっているという説を打ち立てた。この単位が「遺伝子」で、これにより今までの経験２．遺伝子とゲノム則や技術が科学へと発展した。図１に関連の子が親に似ることは昔からよく知られて用語を記してある。生き物は大きく分けるとおり、「遺伝する」と言っている。この「遺蛋白質と脂肪と炭水化物でできているが、脂伝する」ことを利用して古くから人類は人間

肪や炭水化物で蛋白質をつくることはできなにとって有用な作物や家畜をつくり続けて来ている。この長い年月の努力から、「遺伝する」ことに関する色々な経験則が得られ、体系化されて育種「技術」が確立して来た。
「技術」の目指すところは、人間にとってより良いものを生み出すことで、現代の人類はこの「技術」開発の恩恵を大いに受けている。
しかし、技術の目的は良いものを生み出すことで、「どうしてそうなるのか」という問いは深く考えない。この「どうしてそう006

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図1. ゲノムに関する用語講演会報告・杉浦 昌弘い。従って、生き物をつくる基本は蛋白質に似る）ことを見事に説明した。この二重ラである。そこで、遺伝子は蛋白質をつくる情セン説は英国の科学週刊誌Natureに掲載さ報だけ持っており、直接脂肪や炭水化物やそれたが、この発見50周年を記念して2003年にの他の生体物質をつくる情報は持っていなく、Natureが特集号を出した。図２にその表紙

これらは蛋白質の働きによって二次的につくを示すが、左上の人物はクリックで右下はワられる。遺伝子の数は下等な細菌では数千、トソンである。右上のウィルキンスと左下の高等な動植物では数万あり、この一まとめを女性フランクリンは二重ラセン説をつくるの「ゲノム」と言う。ある生き物の生存に必要に必須の実験データを出した。1962年にワトな遺伝子のセットと考えてよい。

ソンとクリックとウィルキンスにノーベル賞一方、メンデルと同時代に活躍したスイスが与えられ、フランクリンはそれ以前に病死の学者ミーシャーは、膿から新しい物質を見してしまって悲劇の女性と言われている。もつけヌクレインと名付けた。その後、サケのし彼女が生きていればノーベル賞は３人まで精子にもヌクレインが含まれていることを明と決まっているので、誰が受賞から外れたでらかにした。これが現在「DNA」と呼ばれあろうか。

るものである。19世紀の中頃という同じ時代

次の疑問は、それではDNAはどのようにに「遺伝子」と「DNA」がヨーロッパのドして蛋白質の情報を持っているかとなる。蛋

イツ語圏で発見されたのは興味深い。

白質は下等生物であれ、高等動植物であれす「遺伝子」という人間の頭の中で考え出べて同じ20種類のアミノ酸からつくられていされた実体のない説と物質として発見された

る。蛋白質はアミノ酸が線状に連結してい「DNA」が結びついたのは、それぞれの発るもので、その並び方は例えばアイウエオの見から80年たった1940年代のことで、第二次ように一定の規則性を持っているのではなく、世界大戦中の米国でのアベリーのネズミチフ

かといってでたらめに並んでいる訳ではない。

ス菌を使った実験による。これで、遺伝子それぞれの蛋白質により決まった順序で並ん＝DNAとなったが、次にそれでは「遺伝すでおり、それによりそれぞれ違った働きを持る」（子が親に似る）ことをDNAがどのよつ蛋白質となっている。20種類のアミノ酸がうにしてやっているのかが最大の疑問となる。

色々な並び方をし、長さ（アミノ酸の数）も第二次世界大戦

色々なので組み合わせは非常に多く無限といっから世界に平和てよい。従って蛋白質の種類も無限と考えてが戻った1953年

よく、複雑極まりない数々の生命現象にはそにワトソンとクリックが有名なDNAの二重ラセン説を発表した。この説は１本のDNAが２本の同じDNAになる（子が親図 2. DNA 二重螺旋説発表 50 周年の Nature 記念号の表紙

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図3. DNA の化学構造

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れぞれに違った蛋白質が働いている。

３．遺伝子操作技術

DNAは長い線状の分子であるが、その構DNAに「遺伝する」情報が暗号化されて成は蛋白質より単純で、４種の単位からなっ入っていることが明らかになったので、次にている（図３）アデニン、チミン、グアニンはある生物のDNAの化学構造、Ａ、Ｔ、Ｇ、とシトシンがそれで、塩基と総称しており、Ｃがどんな順序で繋がっているかを調べれば、通常Ａ、Ｔ、Ｇ、Ｃと書く。我々がアイウどんな情報が入っているかわかるはずである。

エオ以下51の音節文字であらゆる情報を表現

しかし、これは大変な難問で、非常な困難がし貯えておくことができるように、DNAは予想されるこの研究課題に取り組もうという

この４文字を組み合わせることにより「遺伝研究者はほとんどいなかった。一つの生物でする」すべての情報を貯えている。アイウエ

は数千から数万の遺伝子があり、その情報をオの場合、例えば「イ」は「胃」とか「医」持つDNAは巨大な分子である。しかもDNAとかそのまま情報を持っているが、DNAのは長い紐なのでDNAを抽出する段階で細か場合はそうではなく、Ａ、Ｔ、Ｇ、Ｃの各々く切れてしまう。さらにＡ、Ｔ、Ｇ、Ｃはおは何の情報も持っていないが、それらのうち互いに非常によく似ている化合物なので区分３文字が組み合わさって一つのアミノ酸の情けすることが難しい。

報を持っている。例えば、ＡＴＧはメチオニ

1970年代に入って、アメリカのスタンフォーンである。従って、Ａ、Ｔ、Ｇ、Ｃを使ってド大学の研究者群が第一の突破口を開いた。

暗号化されていることになり、これを遺伝暗彼らは何千何万とある遺伝子の中から、１個号という。アミノ酸20種の暗号の解読が1960の遺伝子だけを取り出す方法を開発した。遺年代に行われて、これが遺伝暗号表となって、伝子クローニングという方法で、これによりこれをもとにゲノムの研究者はDNAにどん遺伝子操作（遺伝子組換え、組換えDNAとな蛋白質の情報が入っているかを探し出してもいう）が可能となった。ひとつの遺伝子はいる。

千個位のＡ、Ｔ、Ｇ、Ｃが並んでいるので、008

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これなら手が届きそうである。第２の突破口か（蛋白質のアミノ酸配列）を明らかにしては、1970年代後半に米国のハーバード大学の来た。しかし、遺伝子を取り出すにはその遺グループと英国のケンブリッジの医学研究所伝子が存在することとその性質を事前に知っのグループがそれぞれ違った原理でDNAのていなければならない。今まで知られていな

Ａ、Ｔ、Ｇ、Ｃの並び方（塩基配列という）い新しい遺伝子を発見することは大変な努力を調べる方法を開発したことである。この二と感とか運も必要である。発見というものはつの大きな技術開発のお陰で、多くの研究者機械的に実験をこなしていけば誰にでも与えが遺伝子クローニングし、塩基配列を決めるられるものではない。一つ一つ見つけていくことに参入して来た。初期の塩基配列の決定のは気の遠くなることで、一種のバクチであ法は煩雑で名人芸的な要素もあり、放射能をり、いつになったら遺伝子の全容が明らかに使うため研究者には気持ちのよいものではななるかを思うと暗澹たる思いになる。そこで、かった。1980年代の終わりには米国の会社が研究の順序を逆転するという発想が生まれた。

DNAの塩基配列決定を自動的に行う装置をまず、DNAの塩基配列を決めてしまい、そ開発し販売し始めたことにより、この分野ののデータの中から遺伝子を探し出そうという研究がますます加速された。

ものである。これがゲノム計画の発端であっ

もともと遺伝の研究は理学部の生物学科がた。

主で、それに農学部の育種学科と医学部の小ある生き物の遺伝子のセットをゲノムとい児科で細々と行われて来たが、1990年頃からうが、それではゲノムはどこにあるのか。生は今まで遺伝に関係がなかった理学部の物理き物は細胞から出来上がっている。その細胞学科、化学科や地球学科、工学部、農学部、には核の有る場合と無い場合があり、核を持医学部の研究者がわれもわれもと遺伝子の仕つ方を真核生物といって動物や植物がこれに事を始め、バイオブームとなって現在に至っ入る。一方核を持たないものは原核生物といっている。て細菌がこれに当たり、細胞１個が一つの生き物である。図４に示すように、細菌ではゲ４．ゲノム計画

ノムDNAが中央部にかたまって入っている。

これまでは、一つの遺伝子を取り出して、真核生物の細胞ではゲノムが分かれており、その塩基配列を決めどんな情報が入っている動物では核に大きなゲノムがあり、ミトコン

図4. ゲノムの存在する場所

図5. ゲノムの大きさの比較

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ドリアと呼ばれる小さな顆粒に小さな小さな代後半から植物の葉緑体ゲノムの解析に取りゲノムがある。植物にはこの２種のゲノム以組んだ。22人の仲間の協力を得て10年かかっ外に、緑色で光合成を行う顆粒である葉緑体て1986年にこのゲノムの解読を終えた。このにも小さなゲノムが存在する。原核生物と真DNAはＡ、Ｔ、Ｇ、Ｃが15万以上つながっ核生物以外に自分自身では生きていけないがているもので、この配列を全て決めたことに生物に寄生することによって生きながらえるなる。その11年後には、遺伝の研究に最もよウィルスがあり、ウィルスも小さなゲノムをく使われて来た大腸菌のゲノムの全塩基配列持っている。

が日米の協力で数年で決められた。この２種当然のことながら、初めの頃の塩基配列ののゲノムは環状をしているので、図５に実際決定は、ウィルスやミトコンドリアの小さなの長さを縮尺した丸で示してあるが、大腸菌ゲノムDNAから着手された。我々は1970年のゲノムは葉緑体ゲノムの30倍である。技術

図6. ( 上 ) ゲノム DNA の塩基配列の例、( 下 ) 遺伝子の領域を枠で囲ってあり遺伝子と遺伝子の間をスペーサと呼び遺伝子を活動させる情報が入っている

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講演会報告・杉浦 昌弘の進歩が止まってしまったと仮定すると、大が実際に遺伝子かどうかは実験によって確か腸菌ゲノムを解読するのに300年かかることめなければならない。さらに、この遺伝子がになる。実際は数年で決まってしまったのどんな働きをしているかを明らかにするのはは、技術開発がいかにすばらしかったかを物大変なことである。すべてを調べ上げるには語るものである。もっと驚くべきことに、さまた気の遠くなるような努力と時間が必要でらにその７年後には、大腸菌の600倍以上のある。

ヒトのゲノムが決まってしまったことである

５．まとめ（上述のように技術の進歩が止まったとすると、18万年かかることになる）。

「遺伝する」ということの情報が何に貯えられているかについて述べ、遺伝子、ゲノム、一体ゲノム解読して何がわかるのか。図６

DNAについて考えてきた。ゲノムの内に入っの上に示すようにＡ、Ｔ、Ｇ、Ｃの並びであている情報を効率的に知る手段としてゲノムる。小さなゲノムの葉緑体でも15万以上が並計画が考え出されてきた。本来基礎科学としんでおり、これを見ただけでは何が何だかわての遺伝学がいくつかの革命ともいえる技術からない。まずは遺伝暗号表を頼りに遺伝革新により急速に進歩してしまい、政治的に子があるかどうかを探していく。図６の下が、利用されたり金儲けの道具になってしまってこうして探し出した遺伝子が枠で囲って２個いる面もある。ヒトゲノム計画が一応完了し示してある。初期の頃は目で見て探していったこれから、人間とは何かをゲノムから考えたが、パソコンが出始めると遺伝子探索用のていく時代となっている。その場合、今までソフトも開発され、高速で検索できるように以上に純粋な心で対応することが必要である。

なってきている。しかし、こうして得られた次の機会にゲノムから人間像を考えてみたい。

ものはあくまで遺伝子の候補であって、これJournal of Sugiyama Human Research 2005011