神奈川の鶴巻温泉治療院は医師も推薦する気功治療院です。

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ゲノムという考え方

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ゲノムという考え方
 

ゲノムを物質として言い表せば4つの塩基で構成されたDNAと言えます。しかし"ゲノム”と言った時には単なる物質としてでは無い、生命のシステムとして見るという事が必要になります。生物は全てDNAを命の設計図として持っていて、それは大腸菌でも象でも同じです。しかしよく見るとそのDNAが作っているそれぞれの遺伝子は、象の遺伝子、大腸菌の遺伝子と言うよりも、ひとつの酵素の遺伝子、ひとつの蛋白質の遺伝子等が長い年月をかけて組み合わされた物だと言えます。ですから「大腸菌での真実は象でも真実だ」と言われるのはその通りですが、かと言ってそれぞれの遺伝子が大腸菌でも象でも同じような働き方をしている訳では無いからこそ色々な種が生まれてきたのです。また個々のゲノムは象を作ったり大腸菌を作る共通のゲノムではありますが、同時にA象とB象の違いも持つ、個別的なゲノムでもあります。つまりゲノムは種として見る事も出来れば、個としても見る事の出来る、生命のシステムだと考えれば良いでしょう。2003年4月14日に解読終了宣言をしましたが蠅と人とはほとんど同じであり、全ての生物のゲノムが明らかになれば、これらのゲノムと人ゲノムとを比較する事で、生物の進化や共通性、多様性が明らかになるだけでなく、生命とは何かという大問題も随分みえてくる事でしょう。
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クローン羊の「ドリー」
 

クローンヒツジドリー誕生の時のお話です。それまでのクロ-ン技術は受精卵が分裂して四個の細胞(胚)になった時に別々の代理母の子宮に注入する胚移植でした。1996年にイギリスのイアン・ウイルムットの研究チームがベンチャー企業と共同で、多くの難関をクリアして6歳のメスヒツジの乳腺細胞からのクローンヒツジを誕生させたのでした。難関の第一は核の入れ替えの時期の設定でした。従来は双方の細胞が分裂しかかる活動的なG₁期に設定していました。しかしこれでは上手くいかなかったので、細胞を飢餓状態において活動を極端に抑え、不活性な状惣であるG₀期に設定して成功したのです。理由ははっきりしませんが、DNAの鍵がはずれ易くなったものと考えられます。未受精卵の卵子の外側にある透明体にある極体(遺伝子の集まり)と染色体を取り除きます。次に透明体に開いた穴から乳腺細胞を一個入れます。この段階では何も起こりません。これに電気刺激を加えると、乳腺細胞と卵子がくっついた所に穴が開き、細胞の融合が起こります。そこで乳腺細胞の核が卵子から抜きとられた核の後釜になると、結果的に核の移動が起こった為に、発生が始まるのです。この方法で作ったクローンの受精卵277個で発生したのが29個、代理母に移植出来たのが13個、その内生まれたのが一頭のドリーでした。


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遺伝子の細胞での仕事
 

人には全部で23対(4石本)の染色体がありますが、その長い物から順に番号が付いています。最も長いものが第一染色体で、23対の染色体全てに約10万個の遺伝子が乗っています。 1989年に始まり数十年かかると言われていた人ゲノム計画は、遺伝子操作の技術の急速な進歩によって2003年4月にはマッピングが終了しました。この遺伝子のマッピングとは何番目の染色体のどの位置に遺伝子があるかを決める事です。明らかになった人遺伝子が細胞でどんな役割を果たしているかの統計があります。第一位は遺伝子と蛋白質に関わるもので、例えば蛋白質のアミノ酸配列を命令する遺伝子やどの遺伝子を転写するかを決める遺伝子等が22%ありました。第二位は代謝に関する遺伝子が17%第Ξ位は細胞間にシグナルを送るホルモンをコードする遺伝子と、免疫と恒常性を維持する蛋白質の遺伝子が共に12%。そして細胞の材料や細胞を勤かす為の遺伝子が8%。細胞分裂やDNAの合成に係わる遺伝子が4%です。またどの分野にも入らない遺伝子が25%あります。10万個の遺伝子の中には、その遺伝子によって病気になったり、あるいは病気に罹り易くなる様な遺伝子が沢山含まれています。


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遺伝子治療って何?
 

感染症と違って、原因が遺伝子の異常にある疾病の場合には治療薬や免疫力に期待できないので、遺伝子治療が求められます。これまで行われて来た遺伝子治療の多くは正常な遺伝子を入れるもので、肝癌や皮膚癌等に応用され、最初にADA欠損症で成功しています。一般的な方法としては患者さんの体から取り出した細胞に、遺伝子組み替えで必要な遺伝子を持たせたウイルスを感染させて患者さんの体に戻すと言うものです。この遺伝子治療は根本的な治療として期待されていますが、実際はまだまだ多くの課題をかかえています。例えば目的の遺伝子を運ばせるウイルスが目的通りの運搬をするとは限ら無いという正常な遺伝子を持った運搬ウイルスを作れたとしても、体に戻された時にその遺伝子が核の中のDNAの正しい部分に挿入されると限りません。挿入されたウイルスが細胞の酵素によって攻撃されて壊れる事もあり、その為ため正しい遺伝子が有効に働かない事が多いのです。しかも従来の治療法も併用しているので、はっきりと遺伝子による治癒なのかは断定できないのが現状です。一方で遺伝子が働か無いのでは無く、悪い遺伝子が働いて疾病をもたらす場合には、良い遺伝子を入れるだけでは有害遺伝子の発現を消す事は出来ません。体細胞では悪い遺伝子だけを取り除く事はできないのです。IPS細胞を使っての再生医療はこれから進んで行くと思われますが癌治療ではウイルスを使って体内に組み込みインターフェロンを放出させ癌を縮小させる等の効果が出ていますがIPSの癌化問題がまだ解決できた訳では無く、その先の本来理想とする体の異常細胞を形成しているDNAが全て正常細胞に置換して健康体になる目標はまだ先にあり、これからの研究が期待されます。


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遺伝子組み換え植物と環境
 

遺伝子組み換え農作物の安全性に対する不安の声は強いのですが、食糧では無い樹木や草花に対する遺伝子組み換えは、「環境に優しい」と言うキーワードの下、積極的に開発が進められています。日本の)地球環境産業技術研究機構(RITE)は光合成に関する「ルビスコ」酵素り遺伝子を組み込んだ植物を開発、この植物は普通の2倍の二酸化炭奪を取り込み光合成を効率良く行います。東京農工大の研究室では、紙の原料となるセルロースの比率めた新種のポプラを作り出しまた。同じ重さの木材から、より多くの紙が作れ、森林資源の保護に繋がります。「プラシカ・ジェンセア」という植物は、硫黄・鉛・ニッケルなどの重金属を根から吸収します。植物の力を利用し、化学物質や重金属を土壌や水から排除するのが「植物修復」(ファイトレメディエーション)という低コストの技術で、非常に期待されています。悪環境に強い植物の開発には、国内研究機関が活躍しています。農水省の国際農林水産業研究センターや理化学研究所が共同で開発した「スーパー植物」(アブラナ科のシロイヌナズナ)は乾燥や凍結、塩害などの劣悪環境に耐える事が出来るのです。また、海水でも育つイネを作ろうとする研究機関もあります。荒野や砂漠を緑地化しようというのですが、これらの遺伝子組み換え植物は、はたして進行する環境破壊を防げるのでしょうか。


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自分に合った薬が分かる
 

DNAを解析する事で病気の有無や重症度を診断する事を遺伝子診断と言います。その診断の一般的な方法は、DNAを制限酵素というDNAの特定の配列を認識する酵素で目的の部位を切断し、その後電気泳動で解析すると、DNAはその大きさに従ってバーコードの様に配列し、そのパターンから病気の診断、食中毒の原因菌、個人を認識するのです。この診断を更に迅速にする方法として遺伝子の塩基配列を読み取る、DNAチップがあります。これによりSNP(スニップ)を見つけ出す事が出来ます。30億の塩基の並びが理想とする物から1塩基だけ違っている為癌化したり、お薬の副作用が出たりする場合があります。このSNPは意外に多く約1000塩基に1とされています。これらの理由からDNAチップは有効で例えば、癌患者の癌細胞から採取したDNAに色素標識をしておき、そのDNAを様々な癌遺伝子を張りつけたDNAチップの上に流します。すると患者のDNAはチップに相補的ながん遺伝子がある場合にだけ互いに結び付き発色します。発色している癌遺伝子がどの様な物か事前に分かっているので、患者の癌の原因となっている遺伝子も瞬時に分かるのです。この時に必要な遺伝子は「卵細胞一つ」の微量で解析出来るのです。DNAチップに採血した血液を数滴流すだけで、どの遺伝子に問題があり、又どんな病気か、その為にはどの薬が良くて、副作用もどの位出ると要った事も解ると期待されています。海外では更に進み原因不明の難病の患者さんに対してその人の30億全てのゲノム解析をしてその中から病気の原因となるDNA配列を見つけそれを治療に役立ててますが膨大な時間と労力がかかり現状では普及していません。


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変異原対p53
 

常遺伝子にダメージが加わると細胞の寿命や増殖をコントロールする蛋白質が異常になり、その為細胞が癌化してしまう事があります。遺伝子が変異を起して細胞が異常になる原因は沢山ありますが、それらを総称して変異原と言います。変異原は明らかにされた物を数え挙げたらキリが無い程ありますが、大きく分ければ化学的、物理的、生物学的の三つの因子に分けられます。化学的な物としてはアスベスト、アフラトキシン、ベンッピレン等があります。物理的な物はX線、紫外線、放射線等です。生物的なものは肝炎ウイルスやヒトパピロマウイルスやピロリ菌等かあります。どの変異原も細胞に取り込まれると、核の中にまで侵入して、そこのDNAにぷつかりダメージを与えます。しかし、このダメ-ジに対して直ぐには変異は起こりません。そこにDNA修復酵素を出す遺伝子があるからです。この遺伝子が癌抑制遺伝子として知られているのがp53遺伝子です。遺伝子は第17番染色体の短腕にあり、そこから作り出される修復酵素はDNAに異常が無いか常にパトロールして、異常を発見するとその複製をストップさせます。そして自ら大量に酵素を作りDNAを修復します。修復が効かない程のダメージがある時は自殺(アポトーシス)を指令する正にDNAの守護神なのです。


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ミトコンドリアの話
 

遺伝を担っているのは細胞の核の中のDNAですが、実はそれだけではありません。核の外側の細胞質にあるミトコンドリアという小器官は、エネルギーを作る、いわば細胞の発電所の様な働きをしていて、固有のDNAを持っています。総塩基数は核のDNAの40万分の1しかありませんが、核の中のDNAとは独立して分裂します。ミトコンドリアは太古の昔、エネルギーを効率良く作る事の出来る細菌を原子細胞が取り込んでエネルギーエ場として利用し始めたのでは無いかと考えられています。ひとつの細胞が持っているミトコンドリアの数はその細胞が必要なエネルギーによって違いがあり、数十から数千の開きがあります。またこのミトコンドリアのDNAは、核のDNAのように誤コピーを修復する機能を持って無いので、突然変異が10倍も起こりやすいのが特徴です。この為ミトコンドリアDNAは人の進化を研究するのに適しているのです。人類の先祖は20万年前アフリカに住む一人のイヴだったと言う研究もこのミトコンドリアの遺伝子の研究から導きだされたものです。卵子は多くのミトコンドリアを持ち、精子もしっぽの部分に持っていますが、受精の時精子のミトコンドリアは無くなりますからミトコンドリアは母由来のDNAだけを持つ事になります。


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がんの遺伝子治療
 

遺伝子治療で最も多様な試みがされているのは癌の治療で、癌の治療を見れば遺伝子治療が良く解ります。ひと口に遺伝子治療とは言っても、どの様に遺伝子を働かせようとするかのアイデアも様々です。アンチセンス療法と言われる物は有害な遺伝子が作る蛋白質の合成を抑制しようと言う物です。この考え方は、癌の治療に限らず様々な遺伝子疾患に対して試みる事が出来るでしょう。また壊れてしまった癌の抑制遺伝子を補うという物や、癌遺伝子その物を抑制して癌の増殖や転移を押え込もうとする方法があります。更に免疫療法は抗癌免疫反応を強化するもので、数的にもこの方法が最も多く試みられています。本来は癌細胞も免疫機構によって抑えられている筈ですから、その免疫機構を強めて癌を押え込むと言うのは最も合理的な方法であるとも言えます。更に癌治療ならではの方法として、癌の化学療法に対して正常細胞その物に、抗癌剤に対する耐性を持たせようとする方法もあります。反対に癌細胞その物に薬剤に対する強い感受性を持たせ、アポトーシスを起こさせて自滅させようと言う治療法も考えられています。


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カイコと遺伝子組み換え
 

人の遺伝子を組み込んで、動物に薬になる蛋白質を効率良く生産する技術をいわゆる動物工場と呼んでいます。アメリカのジェンザイム・トランスジェニクス社はクローンヤギに人の血液の凝固を抑える抗トロンピン3と呼ぱれる蛋白質を合むミルクを作らせる事に成功しました。日本では伝統の技術を生かした方法もあります。それはカイコに有用蛋白を作らせる方法です。カイコは人と同じ真核細胞を持っており、大腸菌で生産される物に比べて人蛋白質に近いのでアレルギー反応や副作用が少ない等の利点があります。また、日本では絹の生産は激減しましたが、カイコの飼育の伝統があり、育てるのも簡単で短期育成(卵から23日で成虫)で体重も一万倍になるという昆虫工場として最適な条件を満たしているのです。実際、農水省管轄の蚕糸・昆虫農業技術研究所では、遺伝子組み換え技術でインターフェロンやHIV予防薬のgp120という蛋白質等の生産に成功しています。今後もこのカイコエ場から薬になる有用蛋白質が生産される可能性があります。


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遺伝子診断の明暗
 

遺伝子性疾患の種類は4000とも5000とも言われ、これまで分ら無かった遺伝子性疾患も特定される様になってきました。既に幾つかの癌遺伝子や肥満に関する遺伝子も見つかり、将来は行動や性格なども遺伝的な側面から多くの事が説明される様になりそうです。将来高血圧になりそうだとか、肥満になりがち等の遺伝的傾向が分れば、それが生活習慣をコントロールする事で病気の予防の為のデータとなって利用されて行く事でしょう。しかし一方で深刻な問題もあります。例えばハンチントン病やデュシェンヌ型ジストロフィー等の様に予防も治療も仕様の無い深刻な病気の遺伝子を持っていると確認したところでその人は苦しむだけでしょう。アメリカでは乳癌の遺伝子を持つと分かった為乳房の切除をしたと言う事すら出てきています。またその人の疾病傾向が就職に影響したり、保険に加入出来無かったりと言う影響も出て来ています。こうした事は出生前診断や着床前診断の技術の実用化に後押しされて、生命の選択へと向かう危険性があります。どこまでを病気とみなすかという事を問われていく事になるでしょう。どの様なパターンであるにしろ人は普通平均10個の遺伝子異常を持つと言う事を念頭に置いておく事も大切です。


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心筋梗塞も遺伝子治療
 

遺伝子治療の方法には患者の細胞を体外から取り出し、試験管の中で遺伝子を組み込み再び注射で体りに戻す方法と、遺伝子を組み込んだベクター(運び屋:核の中こ遺伝子を運びこむウイルスの事)を直接体内に注入する方法があります。遺伝子治療の世界初の成功例は1990年アメリカで行われてアデノシンデアミナーゼ酵素欠損症(ADA)による重症複合免疫不全症の女児に対して前者の方法で行われました。後者の方法では「心臓の冠状動脈付近に血管を新生させる」と言う治療です。アデノウイルスを用いたベクターにVEGFと呼ばれる血管内皮細胞新生因子の遺伝子を導入し、これを心筋梗塞等で狭窄した血管付近の心筋に注射すると、2週間程で新しい血管が狭窄部位を避ける様にバイパスして新生し、心筋への血流量が完全に回復するほどの成績を上げているのです。又、実験段階ですが肝硬変のあるラットの筋肉に肝細胞の増殖を促す肝細胞増殖因子(HGF)を使った遺伝子治療が行われています。約8割のラットで肝硬変で肝細胞が破壊されて起きる繊維症が完全に消失し、残り2割にも繊維症が約80%消失したという報告があります。


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DNAコンピュータ
 

DNAのA、T、G、Cの4つの塩基をコンピュータの演算素子に利用し、試案管の中で計算をするという、とてつもない考えが実現しつつあります。米国カリフォルニア大学のLM.エイドルマンは数学者でありコンピュータ科学者で、たまたま分子生物学を研究して、DNAポリメラーゼの働きと初期のコンピュータの働きの類似性に気付きました。情報を格納する方法と情報を操作する簡単な命令方法があればコンピュータが作れます。現在のコンピュータはメモリ上の0と1の列で情報を格納し、プロセット・チップでその情報を操作します。DNAコンピュータはDNAに情報を格納し、ポリメラーゼやリガーゼで情報を操作するのです。エイドルマンはバイテク器材(DNAポリメラーゼ、リガーゼ、ヌクレアーゼ、ゲル電気泳動装置、試験管)を使って、「ハミルトン経路問題」と言った、現在のコンピュータが苦手とする一種の一筆書き問題を解く事に成功しています。このDNAコンピュータの利点は情報格納能力で、なんと1gのDNAの中にCD3兆枚分の情報をしまい込めます。その並列度は、スプーン15分のl杯の溶液中で10の4乗個が同時に結合出来、現在のスーパーコンピュータよりもずっと速いのです。いち早く目を付けたNEC北米研究所はDNAコンピュータで世界初の特許を取得しました。
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