（第 55 回静岡県学生科学賞

７

県科学教育振興委員会賞）

私の周りの色々なＤＮＡ

Part 7

１

研究の動機
私は小学生の時に、どうして自分はお父さんやお母さんに似ているのだろう、という疑問を持った。そこで図書館で本を調べてみたら、人間の体の中にはＤＮＡがあり、そのＤＮＡ（デオキシリボ核酸）が遺伝子というもので、この遺伝子が人間の目や鼻や口や耳などを作る設計図になっていることを知った。そしてＤＮＡは人間だけではなく、動物や植物、目に見えない小さい生物など、生きているもの全体が持っていることを知った。人間をはじめ、全ての生物は細胞から出来ていて、細胞の中には核というものがある。その核の中に染色体というものがあり、この染色体の中にＤＮＡは入っている。ＤＮＡは遺伝によって、親から子へ受け継がれる。私はＤＮＡというものに興味を持ち、これまで以下のような実験をしてきた。
・小学生三年～六年生
初めてＤＮＡを取ったのは、かつおの白子からだった。ＤＮＡはやわらかい白い糸が絡まったよ
うな感じのものだった。ＤＮＡは食塩水とエタノールを使って簡単に取れた。身の周りの数種類の野菜、果物、肉、魚からＤＮＡを取り、ものによってＤＮＡの取れ方（取れる量や、糸の感じ）が異なること、やわらかいものほどＤＮＡが取れやすいことが分かった。また、タマネギの中心部分が外側部分よりもＤＮＡが多く取れることが分かった。顕微鏡を使って中心部分と外側部分の細胞を観察したところ、中心は外側に比べて細胞が小さいことが分かった。細胞の大小に関わらず核の大きさは一定であったので、中心と外側を同じ重さだけ取ると、中心の方が細胞の数が多くなり、このためＤＮＡがたくさん取れることが分かった。
・中学一年・二年生
５０種類を越える野菜や果物、キノコからＤＮＡを取り、取れたＤＮＡの量を数値化し、材料別、部位別ごとに比較した。その結果、タマネギやブロッコリーよりも多くのＤＮＡが取れる野菜や果物があることが分かった。一番多くＤＮＡが取れたのは、野菜ではニラ、果物ではブルーベリー、キノコではエノキだった。全体ではニラが一番で、同じネギ属の葉ネギやシロネギからもよく取れた。実を食べる野菜（パプリカ、シシトウ、ピーマン）や果物からもＤＮＡが多く取れた。一方、キャベツやホウレンソウ、カイワレダイコンなどからはモヤモヤしたとても細かい沈殿が出たが、糸状のＤＮＡの沈殿は殆んど取れなかった。取れた白い糸状の塊がＤＮＡであることを、メチレンブルー染色によって確認した。ＤＮＡは全ての生物にあるはずなのに、なぜＤＮＡが取れるものと取れないものがあるのか疑問が湧いた。
そこで、今年（中学校３年生）の研究では、以下の３つの項目を目的として、実験を行った。
① 糸状のＤＮＡが取れない材料に良く見られる、もやもやした細かい粒子の正体を明らかする。
② ＤＮＡ抽出における、タンパク質分解酵素と熱処理の効果を検証する。
③ 小学校３年生から続けてきたＤＮＡ抽出実験の総まとめをする。

- 25 -

２

実験材料と実験方法（１）ＤＮＡ抽出用の生物材料
トウモロコシ（実と絹糸）、エシャロット、シソ、パセリ、ホウレンソウ、ニラ、カボチャ、ダイコン（根と葉）、シシトウ、ミズナ、オクラ、ブロッコリー、アイスプラント、パプリカ（赤、皮）、パプリカ（胎座）、ゴウヤ、シロネギ、キャベツ、葉ネギ、グリーンアスパラ、キュウリ、ナス、ピーマン、ジャガイモ、ゴボウ、ニンジン、チンゲンザイ、レタス、ラディッシュ、タマネギ、モヤシ、カイワレダイコン、トマト、ミニトマト、モロヘイヤ、キュウイ、アボガド、ブドウ、グレープフルーツ、オレンジ、ブルーベリー、ミカン、バナナ、モモ、ブナシメジ、マイタケ、マッシュルーム、エリンギ、エノキ、シイタケ、鳥のレバー、マグロの刺身、人のほおの細胞、唾液
（２）ＤＮＡの抽出方法
２ｇの生物材料をすり鉢へ入れ、そこへ食塩水（食塩１０ｇを１００ｇの水で溶かしたもの）を６ｇと中性洗剤一滴を入れて、すり棒でよくすりつぶした。すりつぶした液を四重のガーゼでこして、コップにうつした（この時点でロスも含めＤＮＡ溶液は４ｇ程度になる）。ここへ１０ｇのエタノール（９５％、薬局で購入）を加え、出てくる糸状のＤＮＡを観察した。ヒトの唾液や頬の細胞の場合は、食塩水６ｇと洗剤一滴を入れて、よく混ぜてから、直接コップにうつした。
ＤＮＡの量は１．全く糸状のＤＮＡが見えない、
２．良く見ると糸状のＤＮＡが見える、３．一目で糸状のＤＮＡが見える、４．多くの糸状のＤＮＡが見える（ＤＮＡは拡散している）、５．多くの糸状のＤＮＡが見える（ＤＮＡはかたまっている）、の５段階で評価した（右図）。
１２３４５（３）その他の方法
ア メチレンブルー（ＭＢ）によるＤＮＡの染色方法
ＤＮＡの沈殿をスライドグラス上へおいて、余分なエタノールを飛ばしてから、沈殿を少量の食塩水に良く溶かした。この溶液をろ紙に一滴スポットし、液が乾いてから、メチレンブルーをろ紙全体にしみ込ませた。５分後、ろ紙を熱湯に入れて脱色し、青く染まるＤＮＡを観察した。
イ

タンパク分解酵素処理方法

ＤＮＡ抽出液に、タンパク質分解酵素（ノプト・デイリープロテアーゼ）を４滴加え、３０℃で２時間処理した。その後エタノールを加え、沈殿が出るかを観察した。対照実験用のタンパク溶液として、ゼラチン１ｇを１００mL の水に溶かした溶液を作成した。ゼラチンは冷やすと固まるが、酵素処理すると分解され固まらない。
ウ デンプンの染色方法
ＤＮＡ抽出溶液に、ヨウ素液（イソジンを４倍希釈した液）を加え、液の色を観察した（デンプンがあれば青紫に染色される）。対照のデンプン溶液として、片栗粉１ｇを１００mL の水に溶かした溶液を作成した。デンプンは水に殆んど溶けないので、使用直前によく混ぜた。
３

結果
（１）

糸状ではない、細かい粒子状の沈殿の成分分析

これまでの５２種類を越える食材からのＤＮＡ抽出実験の結果、糸状の沈殿が現れないもの- 26 -

（１９種類）には、細かい粒子状の沈殿が多く現れることが明らかとなった。そこで、この粒子状の沈殿の成分を分析した。生物を構成する成分は、水、タンパク質、多糖類、脂質、核酸であるので、細かい粒子上の沈殿もこれらのうちのどれかと思われた。今回、沈殿の成分は、核酸（壊れたＤＮＡ）、多糖類（デンプン）、またはタンパク質である、という仮説を置き、実験を行った。まずＤＮＡであるかどうかを調べるために、沈殿を乾燥させ、食塩水に溶かしてろ紙に塗り、メチレンブルー（ＭＢ）で染色した。１９種の材料を用いた実験の結果、驚いたことに、細かい粒子状の沈殿の中には、１９例全てにおいて、ＤＮＡがかなり含まれていることが明らかとなった（図１）。また、ジャガイモやカボチャ、トウモロコシの実では、デンプンも含まれることが明らかとなった。
（２） 植物とキノコからのＤＮＡ抽出におけるタンパク質分解酵素の効果
上記の実験で、粒子状の沈殿にはＤＮＡが含まれていることが明らかとなったが、さらにタンパク質が含まれるかどうか調査した。粒子状の沈殿が多いモヤシ、シソ、チンゲンサイ、シイタケを材料に用い、ＤＮＡ抽出時にタンパク質分解酵素処理を行い、エタノールを加えた後の沈殿量を調査した。その結果、チンゲンサイとシイタケで、粒子状の沈殿の減少が観察された。このことから、チンゲンサイとシイタケで観察された粒子状の沈殿には、タンパク質が含まれていた可能性が示された。一方、タンパク質分解酵素処理によって、ＤＮＡが取れやすくなることはなかった。なお対照実験として、ゼラチンの酵素処理を行い、冷やしてもゼラチンが固まらなくなった、つまり分解されたことを確認した（図２）。
（３）動物やヒトの細胞のＤＮＡ抽出における加熱処理やタンパク分解酵素の効果
動物由来の材料として、鳥レバーとマグロの刺身、ヒト由来の材料として唾液と頬の内側の細胞を用いた。まず加熱処理（８０℃）の効果を調べた。鳥レバーとマグロの刺身の場合、加熱処理をしないと、エタノール沈殿後に大量の白濁が生じた。一方、加熱処理を行うと白い細かい粒子状の沈殿はかなり減少し、糸状のＤＮＡ沈殿が見やすくなった。ＤＮＡは鳥レバーからは良く取れ、評価は５、マグロからは加熱処理後に評価が２であった。頬の内側の細胞の場
合、加熱処理によって糸状の沈殿（評価５→４）、細かい粒子状の沈殿（少ない→なし）ともに多少減少した。一方、唾液の場合は、加熱処理をしないと糸状のＤＮＡの沈殿は見られなかったが、加熱処理を行うと糸状の沈殿が、一気に出現し評価は１→４に上昇した。次に、タンパ
ク分解酵素の効果を調べた。ヒトの頬の内側の細胞の場合、タンパク分解酵素処理によって糸状の沈殿の量の評価が５から２に減少した（図２）。これは沈殿の中にタンパク質が多く含まれていたことを意味する。一方、唾液の場合は全く逆に、タンパク分解酵素処理によって糸状の沈殿の量の評価が１から４に上昇した（図２）。さらに、細かい粒子状の沈殿量がかなり減っていた。なお、糸状の沈殿がＤＮＡであることは、メチレンブルー染色を行い確認した。
処理あり なし
ミズナ

カボチャ

シイタケ

マイタケ

処理
なし
あり

トマト

マッシュルーム

ゼラチン（４℃）
図１

処理なし
あり

粒子状の沈殿のＭＢ染色

図２

頬の内側の細胞唾液

ＤＮＡ抽出におけるタンパク質分解酵素処理の効果（結果の一部）（結果の一部）- 27 -

４

考察
調べた全ての糸状または粒子状の沈殿は、メチレンブルーで青く染まったので、ＤＮＡが含まれていることが分かった。これにより、調べた全ての生物（総計５６種類）にＤＮＡが存在していることが明らかとなった。ＤＮＡ抽出実験における加熱処理とタンパク質分解酵素については、植物、動物、ヒトで、効果に大きな違いがあった（表１）。動物やヒトの組織にはタンパク質が多く含まれているため、効果があったと考えられた。これまでに調査した実験材料のＤＮＡ抽出量によるランキングを表２にまとめた。柔らかく複雑な構造をもつ材料ほど、ＤＮＡが多く取れる傾向にあった。
表１

ＤＮＡ抽出における加熱処理とタンパク質分解酵素の効果

材料
植物
動物

加熱処理
効果なし
効果あり（白濁が消え

タンパク質分解酵素
多少効果あり多少効果あり（ＤＮＡ抽出量微増、ヒトＤＮＡが綺麗に取れる）
だ液で高い効果（ＤＮＡ粒子状の沈殿は減少）
だ液で高い効果（ＤＮＡ抽出量１から抽出量１から４へ増加）

４へ増加、かつ粒子状の沈殿減少）

表２
評価５４

３２

１

ＤＮＡ抽出量による実験材料のランキング（評価の数値の高いものほど多く取れた）
野菜・ニラ

果物・ｸﾞﾚｰﾌﾟﾌﾙｰﾂ

・葉ネギ ・白ネギ
・パプリカ
・ゴーヤ

・バナナ・オレンジ・ブルーベリー

・ブロッコリー・タマネギ

・アボガド・キウイ

・シシトウ ・ピーマン ・モモ・ミニトマト・グリーン・ブドウ
アスパラ・ダイコン・パセリ・オクラ

キノコ・エノキ

その他
・レバー（鶏肉）・エリンギ

・唾液（ヒト）・ブナシメジ・ミカン・キュウリ・レタス・ナス・ｴｼｬﾛｯﾄ ・ｶｲﾜﾚﾀﾞｲｺﾝ
・ﾄﾏﾄ ・ｶﾎﾞﾁｬ ・ｼｿ・ﾓﾔｼ ・ｺﾞﾎﾞｳ ・ﾐｽﾞﾅ

・頬の細胞（ヒト）・マグロ（魚）・シイタケ・マイタケ
・ﾏｯｼｭﾙｰﾑ・トウモロコシ
絹糸、実（穀物）・ﾆﾝｼﾞﾝ ・ｼﾞｬｶﾞｲﾓ
・ｱｲｽﾌﾟﾗﾝﾄ ・ﾎｳﾚﾝｿｳ
・ｷｬﾍﾞﾂ ・ﾁﾝｹﾞﾝｻｲ＊評価が１であってもメチレンブルー染色からＤＮＡ自体（分解したＤＮＡ）は含まれていた。
レバーは加熱処理、ヒトの唾液と頬の細胞はタンパク質分解酵素処理が必要であった。
５

感想と今後の抱負
小学校３年生からＤＮＡに興味を持ち、身近にある様々な食材からＤＮＡの抽出実験を行ってきた。ＤＮＡの抽出方法を工夫することで取れにくい材料からもＤＮＡが取れるようになり楽しかった。今後はもっと勉強して、小学生の時に持った疑問の答えに少しでも近付けるよう頑張りたい。

- 28 -