高校  生物基礎   遺伝子の正体:遺伝学史    池田博明
 
遺伝学電子博物館Web Pageへ (国立遺伝学研究所)
DNA from THE BEGINNING  http://vector.cshl.org/dnaftb/

   クローの『遺伝学概説』はすばらしい教科書であった


  遺伝子概念はどのように進化したのか

    『進化する遺伝子概念』(ドゥーシュ、2015年みすず書房、原著2012年)書評  池田博明

  「遺伝」を和英辞典で引くと「heredity」または「inheritance」(相続)という英語が示される。これらは古くから使われていた用語である。しかし、「遺伝子」は「gene」とよばれる新しい概念である。どれほど新しいのだろうか。

 1900年に再発見されたメンデルの論文では「形質(独Merkmale、英Characters)」と「因子(独Factoren、英factors)」または「要素(独Elements、英elements)」が区別され、遺伝されるものは形質ではなく因子であることが明らかにされていた。この因子をgeneとよぶことにしたのは純系説のヨハンセンだった(1909年)。さらにベイトソンは表現型と遺伝子型を定義した。ひとつの形質がひとつの遺伝子に対応すると誤解された歴史もあったが,モーガンはこれを明確に否定した(1928年)。
  遺伝子を細胞のなかに位置づけたのはメンデルだったが、この局在を正確にしたのはモーガンである。遺伝子は染色体上に局在する「遺伝の原子」となり、この概念は遺伝子地図に結実したが、不連続で分割されない安定な実体というモーガンの遺伝子概念は研究が進むにつれ、維持困難になった。同一の表現型を示す複数の変異型対立遺伝子が発見されたし、シス型とトランス型による染色体上の位置効果も発見されたためである。 1940年代には染色体外遺伝も見出された。マクリントックの動く遺伝子説も登場した(1950年)。
  モーガンの研究室では遺伝子の機能の研究は棚上げされていたが、エフリュッシとビードルはハエの眼色が二種類の遺伝子が合成する色素の結果であることを示し(1937年)、ビードルとテータムはアカパンカビで「一遺伝子一酵素説」を明確に提示して(1941年)、遺伝子の役割は細胞の代謝の制御であることを明確にした。
  ファージ研究グループ(デルブリュックがリードした。1943年)では、ベンザーがファージの遺伝学的地図を作成、機能的単位をシストロンと呼称、遺伝子の定義を拡張した。遺伝子の化学的な正体がDNAであることは細菌(エイヴリー、1944年)や、ファージ(ハーシーとチェイス、1952年)によって証明され、二重らせん構造(ワトソンとクリック、1953年)が提案されて、遺伝暗号が解明された。遺伝子はコードされるDNA、つまり転写され、翻訳されるDNAとなった。しかし、この概念はすぐに拡張され、転写されても翻訳されない遺伝子(rRNAやtRNAの遺伝子)を含むようになった。
 さらに1961年、ジャコブとモノーによってオペロン説が登場する。構造遺伝子と制御遺伝子の区別が導入され、制御因子への環境の影響を考慮できるようになった。著者は「オペロン革命」と高く評価する。
 また、遺伝暗号はデジタルコードであるが、翻訳されない非コード領域にあるシグナルで重要なものはアナログ的なものである。選択的スプライシングや複数転写開始点などを考慮してもコード領域に限定された遺伝子の分子レベルの定義はいまや不充分である。
 本書の著者ドゥーシュは「遺伝子」概念を捨てるのではなく、「遺伝情報」とみなすことによって細胞も含めた環境と相互依存的なシステムを把握できると考えているようである。


第1節 遺伝の法則 第2節 遺伝子と染色体 連鎖と組換え 遺伝子の正体

■ハートルほか『エッセンシャル遺伝学』(培風館,2005)
■レウィン『遺伝子 第6版』(東京化学同人,1999)
■ワトソン『DNA』(講談社,2003年) 書評
■榊利之『ゲノムサイエンス』(講談社,2007)
■矢沢サイエンスオフィス『ノーベル賞の科学 生理学医学賞編』(技術評論社、2009)
■『現代生物科学入門1 ゲノム科学の基礎』(岩波書店、2009)
■リドレー『フランシス・クリック』(勁草書房,2015)
■宮本旬子ら『生物汎用図録集』(南方新社、2012) 解像度を80%落として使用

第3節 遺伝子の正体 

 ★ 『生物U』の範囲であるが,一部は『生物TB』でも教えていた。
   高校の授業では、この項目は歴史的に話すことにしていた(池田)。
  

 1990年に、イギリスで発見されたことだが、
 エンドウのしわの系統にはアミロペクチンというデンプン合成に関する酵素が欠けていた。
 アミロペクチンでんぷんが少なくショ糖が多い豆は,浸透圧が上がり、水分を含んでふくらむ。
 その後、マメが水分を失うと、しわがよるのだ。

第1項 遺伝子を探る

  ▼1869年 核酸の発見
   ミーシャー(スイス、下図)は,膿を材料にして,細胞成分を研究していた。

ミーシャー(1844-1895)は医学生時代に
チフスにかかり聴覚を損なったため、
医者をあきらめて生理化学に進んだ。
 1868年に学位を得てポスドクとして
ホッペ・ザイラーの門下で有機化学の
勉学をつづけた。
 細胞の普遍的な状態の知見を得る
目的で簡単で独立した形態の動物
細胞を選んだ。それがヒトのリンパ球
だった。
 結核にかかり51歳で逝去した。


   当時、リンを含む物質が生物学上の重要性をもつものとして注目されていた。
   ミーシャーは核のなかからリンを含む物質を発見しようとした。
   彼はクリミア戦争の兵士の傷口を覆った包帯から取った膿の
   リンパ球から新しい物質を発見し,ヌクレインと名付けた。
   ヌクレインは生体に重要なリンを含んでいた。
   ミーシャーは遺伝子はタンパク質と考えていた。
   ヌクレインは遺伝子を保護する容れ物のようなものと考察していた。

   ホッペ・ザイラー門下のコッセル(1853-1927)が核酸成分を分析、
   酵母の核酸からアデニンとグアニンを分離した(1886)。
   子牛の胸腺からチミンを分離(1893)、翌年にはシトシンを分離(1894)。
   コッセルの協力者アスコリは酵母からウラシルを分離した(1900)。
   コッセルはタンパク質と核酸の化学的研究によりノーベル生理学医学賞を受賞(1910)。

   ロックフェラー医学研究所(USA)のレヴィーン(1869-1940)は酵母の核酸からリボースを分離(1909)、
                    胸腺の核酸の糖はデオキシリボースであることを明らかにした(1929)。
                   さらにレヴィーンは核酸の分解実験から核酸は「ヌクレオチド」(リン酸+糖+塩基)を単位としていると提唱した。

    DNA(デオキシリボ核酸)=糖(デオキシリボース)+塩基+リン酸  

 ▼1900年  メンデルの再発見  

    ド=フリース(オランダ),コレンス(ドイツ),チェルマック(オーストリア)に
    よって独立に発見された

 ▼1902年  サットン=ボヴェリ染色体説
    サットンはコロンビア大学の医学生で、ボヴェリはドイツ人。

 ▼モーガンは 1907年ハエ部屋でモーガンズ・ボーイたち(モーガンの弟子たち)と
  研究を開始した。

 ▼1910 モーガンの研究室で、ある学生がキイロショウジョウバエの白眼のオスを発見
    これは自然に発見された突然変異体だった
    モーガンはこのオスの遺伝様式を研究し、染色体と合わせて考察。
     この遺伝子はX染色体上にあると考えた。伴性遺伝の発見である。

    出典:Morgan,1910. Sex limited inheritance in Drosophila. Science,32,120.

   モーガンは、 1915年、キイロショウジョウバエの染色体地図を発表

 ▼1927 マラー X線による人為突然変異の発見
    出典:Muller,1927.Artificial transmutation of the gene. Science, 46,84.

    1920年から1940年ごろ,遺伝物質はタンパク質と考えられていた。
   なぜならタンパク質を構成するアミノ酸は20種類もあるのに,核酸には,
   塩基が4種類しかない。遺伝物質の複雑さを表現するのにふさわしくないと
   思われたのだ。

  ▼1928 グリフィス(英)  ネズミに肺炎を起こす肺炎双球菌で
    無毒なR型菌に加熱した病原性のS型菌を混ぜると
    無毒な菌が有毒な菌に転換することを発見。
    形質転換の発見である。
    S型菌はさやを持つ。
   肺炎双球菌には病原性のS型菌と非病原性のR型菌がある。
   (SはSmooth,RはRoughの意味。菌コロニーの表面の性質による)

 グリフィスはイギリス厚生省の役人で、当時流行していた肺炎の研究をしていた。 肺炎双球菌の病原性の研究を始め、形質転換を発見した。1928年の論文の後も研究を続けたが、ドイツ軍のロンドン空襲により研究所内で1941年に亡くなった。 (逗子高校・野村浩一郎教諭のホームページより)


 ▼1941 ビードルとテータム(米)
    アカパンカビの突然変異体を研究。一遺伝子一酵素説を提唱した   
    
     出典:Beadle and Tatum, 1941. Genetic control of biochemical
     reactions in Neurospora. Proc.Natl.Acad.Sci. U.S.A., 27, 499.

 ▼1944 アベリー(またはエィヴリー Avery。米) 肺炎双球菌の形質転換物質はDNAであることを証明

  1944年 アベリーの実験
   肺炎双球菌には病原性のS型菌と非病原性のR型菌がある。
   (SはSmooth,RはRoughの意味。菌コロニーの表面の性質による)

   S型から核酸DNAを取り出し,タンパク質を取り出して,それぞれをR型菌に注入できれば
   DNAを入れた菌がS型菌に転換し、タンパク質を入れた方はR型のままであると
   証明できるはずだが、特定の物質を純粋に取り出すことは困難で実験はうまくいかなかった。

   そこで、アベリーは別の方法を使った

     S型抽出物 →  多糖類分解酵素で処理 → R型菌を混合    → S型に転換! 
             →  タンパク質分解酵素で処理 → R型菌を混合 → S型に転換
             →  DNA分解酵素で処理 → R型菌を混合    → R型のまま

    DNAが形質転換を起こす


   肺炎双球菌

 図に描かれているように肺炎双球菌は丸い菌が二個並んで配列する細菌で,肺炎連鎖球菌または肺炎球菌ともいう。ヒトに常在化している細菌のひとつで健康な人の上気道にも存在する。周囲に多糖体でできた莢膜を持ち,これが病原性に関係するとともにワクチンとしても利用されている。ヒトにも肺炎を起こし,乳幼児や高齢者は重症化しやすい。
 R型とは培養基のコロニー表面が凸凹になることから,rough strainという意味で,S型はそれに対し,滑らかなsmooth strainを意味する。決してsick(病気)型ではない。

   グリフィスが形質転換を発見

 英国の軍医であったフレデリック・グリフィスFrederick Griffith(1879-1941)は第一次世界大戦後に猛威をふるったスペイン風邪における肺炎を抑止しようとワクチン開発を試みているときに,肺炎双球菌で形質転換(transformation)を発見した。R型菌に形質転換をもたらしたS型菌の化学物質が何かは何も分かってはいなかったが,グリフィスはこれを“transforming principle”と呼んだ。
 米国の細菌学者オズワルド・エイブリー(アヴェリー)Oswald Avery(1877-1955)も最初はグリフィスの実験結果を信じなかった。形質転換が起こったのでは,エイブリー自身が発見した免疫による肺炎菌の分類がダメになるからだった。(『分子生物学の夜明け』より)

    エイブリーの健闘

 形質転換が追試などでも事実として確立すると,1930年代から1940年代にかけて一連の実験を行い,エイブリーと共同研究者のマックロイド MacLeod,そしてマッカーティMcCartyは形質転換を起こす物質を探し始めた。物質の精製に十年がかかった。
 エィブリーは慎重な性格で,1944年の論文では,この物質を「形質転換因子」と表現していて、DNAであると明確には書いていない。

    1944年の論文

 エイブリーの論文の共著者は医者であった。急性の肺炎にきく抗血清をつくるというのが究極の目的だった。エイブリー自身の研究所での第一の目的が一貫して肺炎の研究であった。
 グリフィスが形質転換を発見したのは1928年。その翌年にはエイブリーのいたロックフェラー研究所でも追試された。1931年にはエイブリーの研究室の研究員がマウスを使わないで形質転換実験を再現できることを示した。S型菌をすりつぶしてろ紙で濾過し、ろ液をR型菌の培養液に加えると形質転換が起こった。この液にエタノールを加えると粘っこい沈殿が生じた。
 それから十年間、エイブリーは形質転換を起こす物質を精製していった。初めは形質転換は起こったり起こらなかったりした。しかし、最終的には確実に形質転換を起こすことができるようになった。 形質転換因子を抽出するために肺炎菌の汁からタンパク質を除く。この当時は界面活性剤を使わず、クロロホルムを使っていたので抽出は手間のかかる作業だった。
 エイブリーたちは得られた物質が何であるかということと、何でないかということを調べた。形質転換因子はタンパク質の定性試験には陰性だったが、DNAの検出法には陽性だった。タンパク質を分解する酵素は形質転換因子には影響しなかった。DNAを溶かすようなものだけが因子の作用を消失させた。
 免疫学的な試験でも因子のある抽出液にはタンパク質や莢膜が含まれていなかった。慎重な実験の結果、形質転換因子をDNAと結論づけた。

    形質転換因子の正体

 形質転換を起こさせる物質がDNAであることは,エイブリーの実験で証明されたにもかかわらず,この業績は当時は正当に評価されなかった。その理由は多くの科学者がDNAは遺伝子であるにはDNAの構成成分が単純すぎると考えていたからである。DNAの塩基は4種類しかない。タンパク質のほうがアミノ酸を20種類も使っている。遺伝子の本体はタンパク質に違いないという先入観にとらわれていた。また,細菌の遺伝学が新しい分野であり,細菌に遺伝子が存在するかどうかが明確でなかったせいもある。
 ただし,ワトソンとクリックがDNAの構造に取り組んでいた1952年ころにはエイブリーの業績は正当に評価されていたという(ワトソン『DNA』より)。
  1947年の秋、私ワトソンが博士論文の研究では遺伝子をやろうという計画を胸にインディアナ大学へ到着したころ、エーヴリーの論文はたびたび話題にのぼっていた。そのころには、彼の研究成果の再現性を疑う者はいなくなっていた。また、少し前にロックフェラー研究所で行われた研究により、細菌の形質転換においてタンパク質が遺伝に関わる役割を果たしている可能性はまったくなくなっていた。
   (ワトソン『DNA』より)

▼1951 バーバラ・マクリントック(米)  トウモロコシの斑入りの遺伝を研究

   ジョン・ベリングが開発した染色技術を使い、マクリントックはトウモロコシ染色体を
   育種実験と関係づけた。

   大学院生ハリエット・クレイトンとの共著論文「トウモロコシにおける細胞学的ならびに
   遺伝学的交差の可能性」(1931)は近代生物学の最も偉大な業績の一つと評価される。

     しかし、マクリントックは更に革新的な研究に向った。彼女は実験結果を見た。そして
   遺伝子は動くと主張した。後に判明したトランスポゾンのひとつであった。

▼マクリントックは一粒の種子から育ったトウモロコシの苗の一部に色変わりや班紋変異が生ずる仕組みを解明しようとした。彼女は、成長の過程で染色体が変化し、それが色の変化として現れるのだと考察した。
 班紋のなかには常にツイン・セクター(ふたごの領域)で出現し、片方が班紋が増大するのに、もう片方は低下するものがあった。ちょうど何かを獲得した細胞となにかを無くした細胞のように。
 染色体は切断し、遺伝子は別の場所に移動するのだ。
 6年間、彼女は染色体とトウモロコシの種子を調べつづけ、染色体上の欠損因子をDissociator(解離因子)と呼んだ。そして、同じ染色体上にActivator(活性化因子)が存在すると解離因子は切断されるのだと結論した。遺伝子は動くのだ。
 1951年にコールド・スプリング・ハーバーのシンポジウムで研究結果が発表されたが、聴衆には理解できなかった。

湯浅明
『細胞と実験』
(丸善、1954)

この本には直前に
出されたマクリントック
の実験の図が
掲載されている。

マクリントックの
研究は当時は
注目されて
いたのだ。


出典:McClintok, 1951. Chromosome organization and genetic expression.
Cold Spring Harbor Symp. Quant. Biol., 16, 13.)

▼1940年代の中盤、マクリントックは・・・しばしば第9染色体の同じ場所が「切断」されることを見出しました。彼女はこの領域に存在する染色体を解離する因子を「ディソシエーター(Ds)」、また、このDsを活性化する別の因子を「アクティベーター(Ac)」と命名しました。・・・彼女は、染色体の分断現象と。トウモロコシ穀粒の色模様に関連性があることに気づきました。…穀粒の斑現象がDsやAcを含む4つの遺伝子の働きで説明できることを示したのです。4つの遺伝子とは、CとC’、Bzとbz、Ds、Ac。・・・・1948年にマクリントックはさらに驚くべき発見をします。DsとAcの染色体上の位置を遺伝学的地図を使って調べたところ、異なるトウモロコシでこれらの遺伝子の位置が違っていることに気づいたのです。
 これらのデータをもとに、1948年〜1950年にかけて、彼女は「動く遺伝要素が遺伝子を選択的に調節する」という新しい理論を構築しました。
(太田邦史『エピゲノムと生命』講談社BB、p85-87)

▼その後、動く遺伝子(トランスポゾン)が発見されて、マクリントックの研究が再評価されるまでに10年以上かかった。
 マクリントックは沈黙していたわけではないし、ジャコブとモノーのオペロン説にも注目し、自分の研究と関連づけて、評価もしていた。しかし世間では某遺伝学者が「研究所を長年うろつくおいぼれ女」と言ったほどに理解されていなかった。
 彼女が動く遺伝因子の発見という業績によりノーベル賞を授与されたのは1983年。
 マクリントックは既に80歳を超えていたが、まだコールド・スプリング・ハーバーで研究を続けていた。
 マクリントックの発見したDsはAcから転移酵素トランスポザーゼの遺伝情報が失われたものである。
 
■マクリントックの発見は遺伝子の安定性を否定した

 1950年から1953年の間、マクリントックはトウモロコシの易変遺伝子gene mutableに関するデータを三篇の科学論文として出版したが、人々は懐疑的であった。マクリントックの発見はメンデル遺伝学の根本原理の一つである遺伝子の安定性(これなくしては、モーガンが遺伝子地図をつくることもできなかったはずである)を否定するもので、マクリントック自身、次のように書いている。


 転移因子が本当に存在することを、人々は信用していなかった。(中略)後から考えると、転移因子が真核生物に存在することを示すデータやアイデアを人々にわかってもらうことが難しかったのは、当時の遺伝学の考え方と対立せざるをえなかったためと思われる。遺伝的要素がゲノム上で別のところに移動するなどということはそれまでに例がなく、当時の遺伝学の中で居場所がなかった。ゲノムは安定なものと考えられており、少なくとも、このような不安定性にさらされるとは考えられていなかった。(ドウーシュ『進化する遺伝子概念』(p.109)

 マクリントックの動く遺伝子に至っては到底理解不能である。トランスポゾンというものがあることを知っているから、言われていることが理解できるものの、 何も前提なしに聞いても理解できる話ではない。1986年にアメリカで開かれた植物分子生物学会議で、 来賓としてマクリントックが記念講演をしたのを聴く機会があったが、満員の大きなホールで、蚊の鳴くような小さな声で、古いスライドを丁寧に説明していたのを覚えている。 それでもこんなデータからどうしてトランスポゾンという考えを生み出したのかには、とてもついていけなかった。(佐藤直樹『進化する遺伝子概念』訳者あとがき)

▲佐々木裕之『エピジェネティクス入門』
(岩波科学ライブラリー,2005)より


 ソライロアサガオの
 フライングソーサーの絞り模様は
 青色色素を合成する遺伝子の
 近くにトランスポゾンが挿入された.
 
 細胞はこのトランスポゾンを抑え込む.
 その働きがトランスポゾンだけでなく
 色素合成遺伝子を抑制する.
 (その結果、白くなる)
 抑制が色素合成遺伝子に及ばないと
 青い色素が合成される.
▲アサガオが日本に渡ったのは奈良時代、下剤に使う薬草だった。その後800年間は青一色。
 江戸時代初期の文献に初めて白花の記載が出てくる。
 1758年、黒白江南花という絞り咲きの記録がある(備中松山=岡山県高やな市)。
 1759年、伊藤若中「向日葵雄鶏図」にも黒白江南花が描かれている。
 絞り咲きはトランスポゾンによる。
 トランスポゾンをゲノムから切り出して配置を変える酵素を作るのが
自律性トランスポゾン(九州大学・仁田坂英二助教による発見)。
 黒白江南花では自律性トランスポゾンが突然働き始め、多くのトランスポゾンが
動けるようになり、その結果多様なアサガオが生まれた。
 黄花のアサガオは江戸時代の図版に登場するがいったん消えた。
   夏目漱石「朝顔の黄なるが咲くと申しきぬ」1896年
 「月宮殿」の黄色を蘇らせたのは園芸家の尾崎哲之助。20年をかけた。

▲日本経済新聞2012年7月22日

 ▼1952 ハーシーとチェイス(米) バクテリオファージの一種、T2【ファージ】を使った研究により,  
   タンパク質は遺伝物質ではなく、遺伝物質は【DNA】であることを証明した

   出典:Hershey and Chase, 1952. Independent functions of viral protein and nucleic acid
     in growth of bacteriophage. J.Gen.Physiol., 36, 39.


     ハーシーとチェイスの実験

  アルフレッド・ハーシー Harsheyとマーサ・チェイスChaseの二人はコールド・スプリング・ハーバー研究所の研究者。チェイスはハーシーの助手。
 当時,細菌を攻撃するウィルス,つまりバクテリオファージの増殖を研究していたファージ・グループ(中心はインディアナ大学のルリアとデルブリュック)の考えではファージのタンパク質は細菌のなかへ入ってから遺伝的な役割をし, DNAはファージが細菌から出る前に付け加えられることになっていた。
 しかし,ハーシーとチェイスは放射性同位元素を用いた研究で,DNAのマーカーとして32P,タンパク質のマーカーとして35Sを用いて,細菌の中に浸入するのは32P,つまりDNAだけであることを証明した。P(リン)はタンパク質には含まれず,S(硫黄)はDNAには含まれない元素である。
 実験では取り付いたファージの殻を細菌からはがすというステップがうまくいかなかった。初めてのことでどんな道具を使えばいいのか誰もわからなかったのだ。偶然使われた道具は家庭用のミキサー(米名はウェアリング・ブレンダー)だった。同僚の女性マーガレット・マクドナルドの助言で使ったミキサーが簡単にファージを大腸菌から引きはがした。実験を成功させたこのミキサーは研究所の宝物として記念に保管されているという。
 1952年のパリの国際生化学会議での二人の発表は大きなニュースになった。形質転換因子,つまり遺伝子の本体はDNAだったのである。 (野島博『分子生物学の軌跡』より)

     バクテリオファージという奇妙な「生き物(?)」

  バクテリア=細菌、ファージ=食べる者で、バクテリアに寄生するウィルスをバクテリオファージと呼ぶ。大腸菌に寄生するバクテリオファージはT2と呼ばれた。
 ハーシーが実験を思いついたヒントを与えたのは友人の電子顕微鏡学者トーマス・アンダーソンだった。アンダーソンの撮影した電子顕微鏡写真によると、T2ファージにはDNAを入れるタンパク質の頭殻があり、それに細い足が付いていて、その足の先が細菌に付着している姿が写っていたのだ(1950年)。細菌の表面についたファージのなかには、頭殻が空になったファージも見つかったという。
 ハーシーは考えた。もしそうならば、感染した細菌のなかにファージのDNAだけが入って生合成経路を操作する役割を果たしているのかもしれない。どうしたらそれが証明できるだろうか。  ある日、ハーシーはタンパク質はSをもつがPを持たず、逆に核酸はPをもつがSをもたないことに気がついた。培地を放射性同位元素で標識すればタンパク質と核酸を区別できるはずだ。さっそく、助手のチェイスと放射能の取り込み実験をやってみると、簡単にPまたはSで標識されたファージが得られた。方法の正しさを確信したハーシーは実験計画を建てて検証に取り組んだのだった。(野島博『分子生物学の軌跡』より)


 ▼1953 ワトソン(米)とクリック(英) DNAの【二重らせん】構造を提唱

   出典:Watson and Click, 1953. Molecular structure of nucleic acids. Nature, 171, 737.

    DNAの構造=二重らせん構造 二十世紀最大の発見のひとつ!
    現在も著名なイギリスの科学雑誌 Natureに掲載された。
   
    相補性

T(チミン)の相手は必ずA(アデニン)
C(シトシン)の相手はG(グアニン)


  ■ワトソン『二重らせん』(1968年)に発見までの経緯が生き生きと書かれている。

第2項 DNAの化学構造

    レヴィーンのテトラヌクレオチド仮説(1912)
              核酸は4種のヌクレオチドをほぼ同数含んでいると仮定した (1908年。間違っていた)
              4種のヌクレオチドが4個結合していると考察した(1912年) 

               (P)- 糖-チミン
                    l
                   (P)-糖-アデニン
                       l
                      (P)-糖-シトシン
                          l
                         (P)-糖-グアニン

    牧野堅(1907-1990)は滴定結果からヌクレオチド1個あたりリン酸の-OHは1個とし、レヴィーンの構造では-OHが5個になるため
    環状テトラヌクレオチド説を提唱した(1935年)。高橋等もRNAの構造で類似の構造を提出していた(1932年)。

      ▲松田誠,2011.核酸化学から分子生物学へ-テトラヌクレオチド構造を中心に.慈恵医大誌,126:243-253.


  塩基同士の結合は水素結合(共有結合より弱い結合である)
  チミンとシトシンはピリミジン塩基,アデニンとグアニンはプリン塩基である。

     塩基+糖      = ヌクレオシド
     塩基+糖+リン酸 = ヌクレオチド 

 ▼二重らせん構造のアイデアを育んだ証拠のひとつはシャルガフ(1905-2002)のデータだった(1950年) 
  シャルガフはエイヴリーの実験に感動し、塩基分析に集中した。 

生物/塩基の%
酵母 31.3 32.9 18.7 17.1
コムギ(胚) 26.8 28.0 23.2 22.0
ニワトリ(血球) 28.8 29.2 20.5 21.5
ウシ(精子) 28.6 27.2 22.2 22.0
ヒト(肝臓) 30.3 30.3 19.5 19.9

 表のデータから,どの生物においてもAとTの割合が等しく,GとCの割合が等しいことが分かる。
 しかし、4種の塩基の割合は等しくない。テトラヌクレオチド仮説には一致しない結果だった。
 シャルガフ自身はDNAの構造についてはテトラヌクレオチド仮説を取ったが,これは誤りだった

        ATATAT GCGCGCGC TATATA CGCGCG 
 
 AとTが隣り合い、GとCが隣り合う構造を考えた。しかし、実際のDNAからはAとG、CとTが隣り合う部分も見つかった。


 ▼もうひとつの重要な証拠はロザリンド・フランクリンのX線回折像だった。
    B型のDNA結晶はらせん構造であることが示されていた。
    らせんを構成するリン原子間は0.71nmで構造の外側に位置する。
    また、繰り返しの単位は3.4nmであった。


    絶え間ない会話

 科学の話をひっきりなしにする共通の情熱が、この二人〔ワトソンとクリック〕の本質だった。どちらかが意味のはっきりしないことを話しても、不たしかで推論的な考えを共有してもまったくかまわない。事実の海岸から離れすぎることなく、未知の大海を探検することができた。「われわれはお互いに遠慮がないことを、もっと的を射た言い方をすれば、無礼になることをまったく恐れなかった」と、クリックは何年も後に語った。科学の世界では、公式の場での不たしかな推論はやめさせようとするもので、非公式的な場でも、そうした推論を受け入れる科学者はきわめて少ない。(リドレー『フランシス・クリック』より)
 
    ライナス・ポーリングの仮説 

  DNAの構造を解明しようとしていたのはワトソンとクリックだけではなかった。ライナス・ポーリングも研究していた。ポーリングはタンパク質の二次構造としてαらせん構造を提唱した化学者である。 ポーリングはワトソンらに先んじてDNAの三本鎖構造モデルを発表したが,ワトソンはそのモデルの核酸が「酸でなくなってしまっていた」ことに気づいたという (ワトソン『二重らせん』より)。二重らせん構造は大化学者のポーリングにも思いつけなかった画期的なアイデアだったのだ。

    X線回折による結晶分析

  1950年頃,X線回折によってDNAの構造を研究している研究者は英国のキャンベディッシュ研究所のモーリス・ウィルキンス(1916-2004)とロザリンド・フランクリンだけだった。
 ロザリンド・フランクリン(1920-1958)は1958年に亡くなったため,二重らせんのノーベル賞の受賞者(1962年)にはならなかったものの,貢献度は大きかった。

 ワトソンの『二重らせん』(1968年)には,フランクリンの撮った未公表の写真をウィルキンスに見せてもらった時のワトソンの驚きが書かれている。
 B型DNA結晶の「その写真を見たとたん,口があき,脈が速くなった。そのパターンは以前に得られたA型のものより信じられないほど単純なものだった。さらに、写真の中心を占めている黒いクロスは、らせん構造からのみ生ずるものだった」と。
 ちなみに,結晶の水分含量の違いでA型とB型があることはロージィ(彼女の愛称)の発見だった。ロージィは愛称といっても、フランクリン自身が認めていたものではない。むしろウィルキンスの蔑称に近いものだったらしい。

 フランクリンは数少ない女性科学者として気が強く,ワトソンらとは摩擦もあったが,科学者としての矜持から来るものであった。DNAの構造についてフランクリンは二重らせんとは別の予測をしていたが,ワトソンとクリックの二重らせん構造を見た後ではその正しさを理解し,Natureの1953年の二重らせん構造発表と同じ号に二重らせん構造の正しさをX線回折の観点から補強する論文を投稿して掲載されている(ワトソン『二重らせん』より)。
 DNA発見50周年のときには、ワトソンとクリックの論文だけでなく、ウィルキンスと、フランクリン(フランクリンの共著者はゴスリング)の論文も復刻されて世界中に頒布された。
 クリックは2004年の7月に亡くなったが,その少し後の8月にウィルキンスが同じ年齢で亡くなった。

    クリックの判断は正しかった

  二重らせん構造の解明に当たってロザリンド・フランクリンが撮影したX線回折の写真を見て、らせんのピッチや直径などを構築するための計算がクリックには出来たのであった。いや、極端にいえば、クリックにしか出来なかったと言っても過言ではないかもしれない。なぜなら、その前年1952年にクリックは、らせんの理論の論文を書いていたからである。X線回折像を解析するための一般式はフーリエ変換と呼ばれる複雑な式を使っていたが、高分子であるDNAが安定な構造を取るには「らせん構造」が最適と直感で信じたクリックは理論的にらせん構造をもつ物質のX線回折像を解く数式を求めようと考えていた。
 ある日、クリックはデルタ関数を採用するというアイデアを思いついた。デルタ関数とは、xにおいてのみ無限大の値を取り、他の点ではすべてゼロであり、それをマイナス無限大からプラス無限大まで積分すると1となるという奇妙な関数である。これを一般式に代入すると複雑な項が消えてベッセル関数というすっきりした数式だけが残ったのである。クリックの天才を証明する鮮やかで美しい解答であった。ベッセル関数は太鼓を叩いたときに太鼓の表面に残る波を表現できる数式である。この関数にらせんのピッチなどの数値を代入すると期待される回折像のパターンが表示される。回折像からピッチを割り出す逆も真だった。
・・・ポーリングが提出したのは「DNA三重らせんモデル」であった。さらに詳しく読み直してみると、このモデルではDNAは不安定な構造しかとりえないことが判明した。・・・フランクリンの論文草稿を読んでいたときに・・・「DNAの結晶構造はC2空間群である」というくだり・・・これはDNAが三重ではなく「二重らせん」であることを意味していたし、しかも「一方の鎖と他方の鎖が互い違いの方向で並んでいる」ことまでも意味していたことに気付いたのである。
 (野島博『分子生物学の軌跡』より)

    ワトソンに助言した化学者

 最初のころ,ワトソンたちは塩基の構造をエノール型にして考察していた。教科書では、エノール型が普通だからである。しかし、モデルを見て、ポリヌクレオチドとして重層しているのならば、塩基はケト型ではないかと助言した無機化学者、ジェリー・ドノヒュー(ドナヒュー)がいた。化学を専門に習っていないワトソンやクリックはそこまでは考えつかなかった。

 ケト型の塩基を用いると,あらゆる構造がぴったりだった。モデルは化学者が見ても文句のない構造になった。

 (野島博『分子生物学の軌跡』より)
 

第3項   DNAの複製   

■赤坂甲治『遺伝子科学入門』(2002,裳華房)
■工藤光子・中村桂子『DVD&図解/見てわかるDNAのしくみ』(講談社ブルーバックス)
     アニメーションで分子の動きや働きがわかる画期的なDVDです。内容はかなり高度

   元の鎖を鋳型にして新しい相補的なDNA鎖ができる。  
   もとのDNAの塩基配列と同じものが2組できる.

 ▼半保存的複製の証明(メセルソンとスタール,1956年) 

  DNAの複製法は鎖の片方が鋳型となって残る半保存的複製を示唆していた。
  しかし,新しい鎖どうしが二重らせんを作る保存的複製かもしれないし,
  部分部分が新しい鎖になる分断的複製かもしれなかった。
  たとえばマックス・デルブリュックはファスナーのように開いたら綺麗に分かれずに
  こんがらがってしまうのではないかと心配していた。

  1957年,メセルソンとスタールによって半保存的複製が証明された。
  当時開発されたばかりの超遠心機を用いて高分子を比重によって分離する
  密度勾配遠心法を使っていた。
  「生物学でもっとも美しい実験」とジョン・ケアンズ(当時コールド・スプリング・
  ハーバー研究所長)は評価した。

  窒素の同位体には重い窒素15Nと軽い窒素14Nがある。
  一代目を重い窒素を含む溶液中で培養した大腸菌のDNAを抽出し,
  残りを急に軽い窒素で育てた。密度の違いで分離するのは塩化セシウム溶液が適当だった。
  二代目はすべて重い窒素と軽い窒素の合いの子のDNAとなった。
  三代めは「合いの子」DNAと軽いDNAが出来ていた。
  みごとに半保存的複製が証明されていた

 ▼1956 コーンバーグ 大腸菌でDNAポリメラーゼという酵素を発見
    (後になってポリメラーゼにも数種類があることが判明,コーンバーグが発見したのはDNAポリメラーゼVだった)

 ヘリカーゼがdsDNAを巻き戻し,
双方のssDNA鎖伸長の後,DNA
ポリメラーゼがギャップを埋めて, リガーゼが
岡崎フラグメントを繋げ, 複製が完了

  ヌクレオチドを結合する酵素である

   「DNAが酵素によって合成されるという発見は
   誰も予期しなかった重大な出来事」(ワトソン『DNA』より)

  Kornberg, Lehman and Simms., 1956. Polydeoxyribonucleotides synthesis by
  enzymes from Escherichia coli. Federation Proc., 15, 291.
    (この酵素はヌクレオチドを一定方向5’から3’の向きにしか結合できない
      → DNAの2本の鎖のうちもう1本反対方向の合成はどうなっているのか)

   <複製では複製点で2本の鎖が開裂してそこから両方向に複製が進む>
     誤解しやすい点:DNA鎖の片方が端から端までリーディング鎖と決まっていると
     思い込んでしまうこと。正しくは複製点を境に右方向と左方向では合成の向きが
     ちがっていることに注意が必要。例えばあるDNA鎖の複製点から左方向の合成
     がリーディング鎖なら、その鎖の右方向の合成鎖はラギング鎖となる。

     真核生物(モデル生物は酵母菌)の染色体上には複製起点が多数存在するが、
     全て細胞周期一回あたり一度しか複製が開始しないように調節されており、
     これを複製のライセンシングと呼ぶ。 

 ▼1969 岡崎令治・恒子   DNAの複製でオカザキ・フラグメントを発見
    (1967年,広島の被爆者だった岡崎令治による。
     44歳で白血病で逝去)

   オカザキ・フラグメントは1000〜10万真核細胞では100から200個、原核細胞では1000から2000ヌクレオチド
   リーディング鎖では一定方向にDNA鎖は伸長するが、
   ラギング鎖では分断的に複製が起こる

▲知識の泉「複製フォーク」より。

▼DNAの複製にはたらくタンパク質

 (1) DNAヘリカーゼは、二重らせんをほどく
 (2) 一本鎖結合タンパク質は鋳型鎖を分離させておく
 (3) プライマーゼはプライマーを合成する・・・RNAプライマーである
    RNAプライマーは複製の際のスターターの役割をする。複製を始めるにはプライマーが必須
 (4) DNAポリメラーゼはDNA鎖を伸長する
     ラギング鎖では
       DNAポリメラーゼVは前の岡崎フラグメントのプライマーにぶつかるまで
        新しい岡崎フラグメントの3’末端のみにヌクレオチドを付加する
       DNAポリメラーゼTはプライマーを加水分解して、DNAに置き換える
       DNAリガーゼは、二つの岡崎フラグメンとをつなぐホスホジエステル結合の形成を触媒する

  △ 『大学生物学の教科書第2巻 分子遺伝学』より,赤坂『遺伝子科学入門』裳華房より
  ▽ 浜島書店 「新生物図表」2017年版より

  
 ▼DNAポリメラーゼ        機能         エキソヌクレアーゼ活性 3’→5’    5’→3’

 細菌のDNAポリメラーゼ 
  DNAポリメラーゼT    DNA修復と複製                     +        +              
  DNAポリメラーゼU    DNA修復                         +        −  
  DNAポリメラーゼV    DNA複製                         +        −     

 真核生物のDNAポリメラーゼ 
  DNAポリメラーゼα    プライマー合成                      −        −
  DNAポリメラーゼβ    DNA修復                          −        −    
  DNAポリメラーゼγ    ミトコンドリアDNAの複製                 +        −  
  DNAポリメラーゼδ    DNA複製                          +        −  
  DNAポリメラーゼε    DNA複製?                        +        −

△赤坂甲治『遺伝子科学入門』裳華房より   エキソヌクレアーゼはヌクレオチドをはずす酵素
                            どのポリメラーゼも5’→3’の方向の複製活性はある  



第4項 タンパク質の合成

(1)小胞体とリボソームの発見 ← 電子顕微鏡による

(2)1950年代の中心命題(Central Dogma)。クリックによる
    1958年 カンタベリーでの実験生物学会議で「タンパク質について」という題のクリックの論文

   DNA   →  DNA   →   RNA  →  タンパク質
       複製       転写      翻訳
    (サークルで描く)

『分子生物学の夜明け』より


 ▼1955 オチョア RNAを人工的に合成することに成功

  出典:Grunberg-Manago and Ochoa,1955. Enzymatic synthesis and breakdown of
   polynecleotides; Polynucleotide phosphorylase. J.Am.Chem.Soc., 77, 3165.

 ▼RNA(リボ核酸)の発見
      リボソームRNA

     伝令RNA 核内にあり(1953年に発見,ハーシーによる)
       1961年に機能が解明

     運搬(転移)RNA(1956年に発見) 細胞質基質 
        1965年にクローバー葉構造が解明(ホリーによる)

     T(チミン)の代わりにU(ウラシル)があり,糖はリボース,1本鎖  

(3)DNAの転写

    DNAの二重らせんがほどける。DNA鎖の片方だけがRNAに転写される。
     DNAの塩基のTはRNAではUに置換している。

(4)翻訳 

 物理学者のガモフは1954年に既に重なり合う三つ組塩基がアミノ酸を指定するという考えを持っていた・・・しかし、塩基対それぞれにいずれかのアミノ酸とかみあうくぼみがあるという考えは誤りだった。なぜなら、DNAの場所とタンパク質合成の場所は違っていたからである。・・・1955年にクリックはアミノ酸ごとに特定のアダプター分子(それ自体が小さなRNA分子)があり、それによってアミノ酸がタンパク質合成の場に運ばれると予想していた。これは正しかった。・・・1956年、ブレナーは遺伝暗号の問題点を整理し、二つ組では不足、三つ組以上でなければならないと指摘していた、・・・そして、1961年、ブレナーとクリックは三つ組だという証拠を見つけた。・・・塩基の、ひとつや二つをのぞくとフレームシフトが起こるが、三つをのぞくと必ずしもタンパク質の活性は失われなかったのだ。しかし、まだこのことを誰も知らなかった。
         (ワトソン『DNA』より)

  ▼1961 ニーレンバーグとマタイ  遺伝暗号の解読法を確立した画期的な実験    
   DNAの塩基配列 = 三つ組み暗号(Triplet)
 
 人工合成系を確立し、ウラシル・ヌクレオチドをつないだ物質を作り、
  ポリ・フェニルアラニンが合成されることを発見した   
  この研究のお蔭でUUUがフェニルアラニンの暗号であることが判明

   出典:Nirenberg and Matthaei, 1961. The dependence of cell-free protein synthesis
      in E.coli upon naturally occurring or synthetic polyribonucleotides.  
     Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A., 47, 1588.

   マタイはポリCがポリプロリンを作ることを報告(第二番目の発見)

   ▼1968 コラーナらの独創的な実験と努力で遺伝暗号表が完成した。
  彼は、1955年に仏のマリアンヌ・グリュンベール・マナゴの発見したRNA合成酵素を使ったのだ。

    暗号の例
     code   codon  protein 
     CTT → GAA → Glu
     ACT → UGA → 終止

  (A)コラーナは2個の塩基が交互にくり返された人工RNAを与えて
  合成されるポリペプチドを調べた(例)。
 
   ・・・UCUCUCUC・・・   → ・・・セリン−ロイシン-セリン-ロシシン-

   ・・・UGUGUGUG・・・   → ・・・システイン-バリン-システィン-バリン-

  (B)さらに3個の塩基が交互に連結した人工RNAを使った(例)。

   ・・・UGGUGGUGGUGG・・・・  → トリプトファンのみ、グリシンのみ、バリンのみ

  (A)(B)の結果から遺伝暗号を推定できるだろうか

     (A)から UCU  CUC  セリン or ロイシン   UGU GUG  システイン or バリン
     (B)から UGG  GGU  GUG   トリプトファン  グリシン  バリン
                      ↓
                     バリン    UGUはシスティン



(5)遺伝子の働きの調節

  ▼1961年 ジャコブとモノー  原核生物の遺伝子の調節に関する学説の提唱
         オペロン説

    1960年代 ジャコブとモノーはリプレッサーの存在などを予測。 1967年にギルバートとミュラーヒルがラクトース・リプレッサーを発見。

■遺伝子概念の転換 オペロン革命

 全てのタンパク質が常に合成されているわけではない。それまでの発生生物学者は、この矛盾のために、発生において遺伝子が重要な役割を果すことを拒んできた。
 このパラドックスへの解答こそが、ジャコブ+とモノーがもたらしたものなのである。こうして長年来の遺伝学の課題に物質的解答が得られた。
 オペロンによって、ジャコブとモノーは遺伝学にプログラムという概念を持ち込んだ。この概念は発生遺伝学において大いに利用されることになる。遺伝的プログラムという概念も、それに先立つ遺伝情報という概念も、それらが生まれた時代と関係していることは明らかである。つまり第二次世界大戦後、サイ+ネテイクスや情報理論が生まれた時代である。(中略)
 本質的な点は、オペロンにおいては、遺伝学が環境と結びついているということである。(中略)
 遺伝学的な解析の結果、制御遺伝子には、トランスにはたらく遺伝子(リプレッサー遺伝子)(と、シスにはたらく遺伝子(オペレーターやプロモーター)があることがわかった。この区別は、コード配列と非コード配列という現在使われる区別の前触れともなるものである。(ドゥーシュ『進化する遺伝子概念』p.155)

 構造遺伝子と制御遺伝子の区別から、遺伝子概念の破綻に持って行くという筋書きには、本書の著者の強い意志を感じる。引用されている図10のデータを理解できる読者は、本当の専門家か専門の学生だけかもしれない。私自身、ジャコブとモノーの原論文に書かれたこのデータを見たときには、本当に驚いた。全部わかっている今日のわれわれでも理解するのに非常に努力が必要なのに、こんな実験を思いついた彼らは一体どんな頭脳の持ち主なのだろうか。さらにこんな複雑な実験を成し遂げる実験技術もたいしたものだ。(佐藤直樹『進化する遺伝子概念』訳者あとがき)

  オペロン説

 大腸菌がラクトース(乳糖)を利用するための「ラクトース・オペロン」をもとに、ジャコブとモノーが「オペロン説」を提唱した。
 オペロンとは、共通の転写制御を受ける隣接した遺伝子群(図のlacZ lacY lacA)とその制御部位(オペレーター、プロモーターなど)を合わせた呼び名である。
 lacZはラクトース分解酵素
 lacYはラクトースを取り込む酵素
 lacAはトランスアセチラーゼ(アセチルトランスフェラーゼ、アセチル基転移酵素)

 大腸菌はグルコースが利用できるときにはグルコースを利用し、他の糖の利用を抑制している(カタボライト抑制)。このしくみはオペロンとは別である。

 乳糖(ラクトース)はラクトース分解酵素(βガラクトシダーゼ)により、ガラクトースとグルコースに分解されて利用される。

 「トリプトファンオペロン」(5個の遺伝子)は細胞内にトリプトファンが不足すると、トリプトファン合成反応の酵素を作る転写を促進する。


  「ラクトースオペロン」

 ラクトースがないときは、リプレッサー(抑制タンパク質)が合成され、これが制御遺伝子のひとつオペレーター(作動遺伝子)に結合している。このためプロモーターに結合したRNAポリメラーゼはそれ以上進むことができず、構造遺伝子の転写は抑制されている。
 培地に炭素源としてラクトースしかない場合、インデューサー(誘導物質)として構造変化したラクトースがリプレッサーに結合するため、リプレッサーがオペレーターに結合しなくなり、構造遺伝子の転写が開始され、ラクトースを利用するための酵素が合成される。

 理論物理学者から生物物理学者に転換したギルバート(1931〜)とポスドクのミュラーヒルは,1967年にラクトース・リプレッサーを発見,タンパク質でバクテリア1個あたり10〜20個存在することを示した。
 生田哲『ドキュメント遺伝子工学』(PHPサイエンスワールド新書,2013)


     1983年 チェックとアルトマン RNA分子が触媒特性をもつことを証明
     1999年 ノラー ペプチド結合を触媒するのはRNA



  ▼転写をOFFするメチル化
     ホッチキス 1848年 5-メチルシトシンを発見  DNAの複製後、変換される(哺乳類のDNAの約5%)
        (ギルバート、発生生物学 p50より)
 
 





【コラム】

転写と翻訳  池田博明


 1967年の生物の高校教科書にはセントラル・ドグマも載っていなかったし、無論、DNAとRNAの関係も無かった。
 私がセントラル・ドグマを初めて聞いたのは、大学一年生、教養課程の「生物学」の講義で片桐千明助教授からだった。1970年のことである。
 片桐先生はある日(1970年10月27日)、講義の途中で事務員の緊急連絡により講義を中止されたが、なんとそのとき、自宅に強盗が入り、家族(奥さんと母親)が殺傷されたのだった。大変な事件でその後の講義がどうなったのか、まったく覚えていない。
 1972年に理学部生物学科動物学専攻に進学して、動物発生学で再び片桐さんの講義を受講することになった。
 ところで、動物発生学の講義はもう一講、別の先生の講義もあった。名前はA先生とでもしておこう。
 このA先生は講義中、学生の方を見ないのであった。横を向き、遠くのほうを見ながら講義をするのであった。他にそんな話し方をする先生はいない。妙な感じだが、まあ、大学にはいろんな先生がいるものである。
 私は1972年、大学三年の後期、このA先生の講義で、初めてDNAの遺伝暗号や複製の仕組み、転写や翻訳の話を教わった。そして、話を聞いているうちにひとつの疑問がわいてきた。
 mRNAに転写された暗号は、DNAの右の鎖を読んだときと、左の鎖を読んだときとでは違うはずだ。講義中にノートに架空の配列を作って確かめてみた。違うアミノ酸配列になる。すると、DNAの二本の鎖から違うタンパク質が同時にできることになるのだろうか。

 講義の後で、私はA先生のところに行き、質問した。「DNAの二本の鎖からできるタンパク質はそれぞれ違いますよね。同時に二種類のタンパク質ができるのですか」と。A先生は言下に答えた、「そうだ」と。
 私は同時に二種類のタンパク質ができても、ちゃんとした体ができる生命の不思議さに感動してしまった。どうしたらそんな精妙な仕組みができあがってくるのだろうか。

 ところが、この話には後日談がある。大学二年時の後半『細胞化学』で、堀浩助教授が激賞していたワトソンの『遺伝子の分子生物学』を購入していた私は、講義の復習を兼ねて、その本を開いてみたのであった。
 すると、小見出しに大きな字で、「DNAの鎖は片方しか転写されない」と書いてあるのだ。
 私が驚いたのは、A先生が標準的な教科書の見出しに書いてあるようなことを知らなかったことである。
 大学の講義で、後にも先にもこれほど驚いたことはない。

 そこで、私はA先生の講義を受講するのを止めてしまった。当時はほとんどの先生は出席を取らなかったし、学生はサボるのが普通だったのだ。学生叛乱のため、一年先輩のTさんからこんな話を聞いていた。
 叛乱が日常化していた一年前のことだが、山田真弓教授が朝一番の『動物系統分類学』の講義のために教室に行ったところ、学生が誰もいない。実験室ではTさんが前の晩から寝ていた。山田教授は実験室のTさんを「学生が、いないんだよ」と起こし、教室に連れていった。教授とTさんだけで淡々と講義が行なわれた。Tさんは机の前でずっと寝ていた。

 私は自分の驚きを他の学生に話しはしなかったのだが、A先生の講義は退屈だというので、学生の出席率は悪かった。そしてやがて、A先生の講義はバリンスキーの『発生学』(岩波書店)の受け売りだという噂が伝わってきた。
 試験はそのバリンスキーの本を見れば大丈夫だという。そこで,私は仕送りの中から大金を投じて、このバリンスキーの『発生学』を購入した。A先生の試験は参考書やノートなどなんでも持ち込み自由だと聞いていたのである。

 やがて半年の講義が終わり、試験になった。試験中、巡回するA先生は学生に「なにを見てもいいんだよ」と声をかけていた。私はバリンスキーを持って行き、堂々とそれを広げて見ていた。そして、内心、(試験中にわざわざうるさいなア。何を見てもいいというから、見ているじゃないか)と思った。問題は再生と極性について述べよという問題だったと思う。

 数日して、試験の結果が学生実験室に張り出された。驚くべき結果だった。ほとんどの学生が落第だったのだ。合格していたのはたった二人で、この二人はA先生の授業にちゃんと出席していた学生だった(ちなみに、二人とも後に北海道大学の教授になっている)。後の学生は全員落第。つまり、何を見てもいいとはいうものの、A先生の講義ノートを見て、問題の答えを作らなければならなかったのだ。
 そして、「単位が欲しければ・・・・」と、課題が出ていた。誰だって留年は避けたいし、単位は欲しい。課題は「期日までに次の論文の要約を作って提出せよ」。課題は両生類の再生に関する英語の論文集でなんと二百ページもあるものだった。しかも、その論文集は一冊しかないのであった。期日は十日後。落第した学生は十人以上もいるのである。今にして思えば、A先生は密かに学生を憎んでいたのであろう。

 実は、私は春休みに弟と一緒に京都を旅行する計画を立てていた。切符も手配しており、日程はもう動かせない。出発日時は迫っている。課題を提出しないわけにはいかない。私はみんなに頼んだ。「頼む。この論文は俺に三日間、先に貸してくれ。そしたら、訳稿を、みんなに置いていく。それを元にそれぞれ違った要約を作ってくれ」と。
 三日間、不眠不休で私は訳稿を作り、要約をいちばんに提出して旅行に出発した。他の人がどうしたかは知らないが、次の年度に全員進級していたから、たぶんみんな要約を提出できたのであろう。
 いやはや、たいへんな、そして無意味な課題もあったものである。

 高校の科目選択で「生物U」を取る数少ない生徒には、大学時代の話のひとつとして紹介した挿話である。



 ▼1962年 アルバーら 制限酵素の発見

 大腸菌から発見されたEcoR1は
 DNAの塩基配列のGAATTCの
 ところだけを認識してGとAの間を
 切断する。
 同じ制限酵素で切断した遺伝子断片を
 DNAリガーゼでつなぐと組換えができる

 Alber and Dussoix, 1962.
 Host specificity of DNA produced
 by Escherichia coli.I.
 Host controlled modification of
 bacteriophage λ.
  J.Mol.Biol., 5,18.


▼1970年 テミン 逆転写酵素の発見
   Temin and Mizutani,1970. RNA-dependent DNA polymerase in virions of Rous
    sarcoma virus. Nature, 226,1211.

       逆転写の発見   水谷哲の貢献

 DNAの遺伝情報はRNAに転写されて働く。このしくみは1960年代には分子生物学の常識となっていた。その逆、つまりRNAの塩基配列が鋳型となってDNAができること、つまり「逆転写」はありえない。多くの研究者がそう思い込んでいたとき、テミンは25歳で博士の学位を取った頃からRNAがんウィルスはDNAになってから働くと主張していた。遺伝子としてRNAしか持っていないウィルスがDNAを持った細胞をがん化させるしくみがよく分っていなかったのである。しかし、テミンの主張には実験的証拠がなかった。
 テミンが29歳の1963年、小さな手がかりが得られた。DNAからの転写を抑制する薬剤を作用させると、RNAウィルスによるがん化が抑制されるという事実である。DNAに関する薬剤が効くのはRNAウィルスがDNAを生産している証拠であると、テミンは考えた。本当だろうか。1969年にテミンの研究室に来た水谷哲が、テミンの指導のもと、RNAウィルス粒子をつぶした液にDNAに選択的に取り込まれる物質を加えて、RNAを鋳型にしてDNAが合成されることを検証する実験に成功した。同じ時にテミンの兄弟弟子ボルチモアも同様の実験に成功した。テミン・水谷とボルチモアの論文は1970年6月の『Nature』に同時に掲載され、ついに「逆転写」が証明されたのである。
 (啓林館『生物II』教科書より。池田執筆)


第5項 遺伝子は突然変異によって出来る


 遺伝子突然変異の例=鎌形赤血球症(劣性の遺伝病)
 アメリカ合衆国の黒人で発見された。悪性の貧血症で赤血球が鎌形に変形する。
 (アフリカのマラリア発生地域と鎌形赤血球症の遺伝子分布には強い相関がある。
 マラリアに感染しにくいのだ。)



 正常なヘモグロビン
 HbA 4   5   6   7 ベータ鎖
                (146個)
            Glu
 異常なヘモグロビン
 HbS        Val

 ヘモグロビンは四量体(テトラマー)で141個のアミノ酸から成るα鎖
 146個のアミノ酸から成るβ鎖 各々2個が合わさって出来ている。

 なぜヘモグロビンのアミノ酸が変化したのか。DNAに突然変異が起こったから。
 CTTの中央の第二文字Tが,Aに置換すると,アミノ酸GluがValに変異する。
 CTTのの第三文字Tが,Aに置換すると,アミノ酸GluがValに変異する。


 一遺伝子一酵素説
  (ビードルとテータム,1945年)

 ビードルとテータムはアカパンカビを用いて実験し,一遺伝子一酵素説を表したが,
 吉川秀男はカイコで同様の説を戦争中に提出していた。
 エフリュッシとビードルはハエの眼色が二種類の遺伝子(ヴァーミリオン遺伝子とシンナー・バー遺伝子)がそれぞれ合成する色素の結果であることを示していた(1937年)。
 エフリュッシが一遺伝子一酵素説の考えを持っていたことをビードルが認識していた(1966年)

 ヒトの酵素欠損症の例=フェニルケトン尿症・アルカプトン尿症・白子症
                   (白子はいろいろな動物で見られる)
   フェニルアラニン
     ↓ 
     ↓ ←酵素A
   フェニルケトン 
           
   ファニルアラニン
     ↓ 
   チロシン → アルカプトン
     ↓        ↓
     ↓        ↓←酵素B
     ↓←酵素C  CO2+H2O
     ↓ 
    メラニン

    酵素A欠損がフェニルケトン尿症
    酵素B欠損がアルカプトン(ホモゲンチジン酸)尿症
     =黒尿症
    酵素C欠損が白子症
   ギャロッドはアルカプトン尿症は劣性遺伝をすることを見出し,
   酵素の欠損によると考察した(1908,「先天代謝異常」)。

   1995年にはスペインで菌類からアルカプトンが発見された


    ギャロッドの業績と一遺伝子一酵素説

 遺伝子はどのように代謝過程を制御するのだろうか。遺伝子が酵素を制御するという仮説は,遺伝学の歴史のかなり早い時期に提案されたが,最も注目すべき研究は,『先天代謝異常』(1908)という本を書いた英国の医師アーチボルド・ギャロッドによるものだ。
 ギャロッドは稀な病気の子供に出会った。この病気の症状のひとつは尿が空気に触れると暗褐色に変色することであった。この症状は乳児のおむつですぐに分かった。そこでこの病気はアルカプトヌーリア(黒い尿という意味。日本語ではアルカプトン尿症)と呼ばれた。 ギャロッドはこの病気が両親が第一いとこの子供によく見られることに注目した。メンデル遺伝が「再発見された」ばかりで,ギャロッドは第一いとこが対立遺伝子を共有し,子供に両親の稀な変異遺伝子が遺伝することを認識していたのだ。彼はアルカプトン尿症は劣性の変異遺伝子による表現型だと報告した。
 ギャロッドは第一段階の分析を開始。症状の出た子供に生化学的な異常を認めた。異常物質はホモゲンチジン酸で,血液や関節(結晶になりひどい痛みを伴った),尿(黒変の原因)に見られた。ホモゲンチジン酸の化学構造はアミノ酸の一種チロシンに似ている。 ちょうど生体触媒としての酵素が発見されたばかりだった。ギャロッドはホモゲンチジン酸はチロシンの分解産物だと提案した。正常な場合にはホモゲンチジン酸は無害な物質に分解される。ギャロッドによれば,正常なヒトの(野生型の)遺伝子は次のような化学変化を触媒する酵素の生合成を決定する。

    正常な遺伝子→活性のある酵素
               ↓
          チロシン→ホモゲンチジン酸→無害な物質

 遺伝子が変異すると,酵素の活性が失われ,ホモゲンチジン酸が蓄積する結果になってしまうのである。
 結論としてギャロッドは1酵素に対する1遺伝子の関係one gene to one enzymeを認め,「生まれついての代謝の誤り inborn error of metabolism」という用語で表現し,生化学的な病気が遺伝的に決定されることを初めて記述した。彼の仮説の検証には特異的な遺伝子の変異と酵素の直接の変化が必要だったが,健康な人のホモゲンチジン酸オキシダーゼがアルカプトン尿症の人では失活しているのが分かったのは1958年,この酵素をコードするDNAの変異が分かったのは1996年だった。(ギャロッドの業績はLIFE第9版より)

 米国のスタンフォード大学のビードルとテータムのアカパンカビを使った古典的な実験(1941)は遺伝子と酵素の関係が単純であること,すなわち一つの遺伝子は一つの酵素をコードすることを示した。 生物学の研究におけるモデル生物の重要性を認識させることとなった実験でもあった。遺伝学と生化学が統合されて生まれたこの「1遺伝子1酵素説」により,ビードルとテータムには1958年度のノーベル賞が与えられた(レーダーバーグが細菌遺伝学への貢献で共同受賞した)。
 現在は二つ,あるいはそれ以上の遺伝子でコードされる複数のポリペプチド鎖からなる酵素があることが知られているから,この原則をより正確に記述すれば「1遺伝子1ポリペプチド」となる。 現代のゲノム分析はポリペプチドをコードしない遺伝子や偽遺伝子の重要性を明らかにしつつある。つまり遺伝子の概念がメンデルの時代とは変化しつつあるということである。




アセトアルデヒド脱水素酵素(ALDH)
  エタノール →  アセトアルデヒド → 酢酸 → CO2+H2O
                      酵素D
  肝臓内の酵素(電気泳動ではALDH1〜4まである。ALDH2が酔いに影響する)
     NN型(活性正常 Normal), アセトアルデヒドは速やかに代謝
     ND型,NN型の16分の1の活性しかない
     DD型(不活性 Defect) 失活

   テスト法:1cm角のろ紙または脱脂綿に70%エタノールをしませて,
   腕の内側にテープで貼り付け5分。はがして5分後に判定。
   コントロールとして水分をしませたものを貼る。

      (大原高校での生徒実験の結果)
     皮膚に変化なし  NN型  69%
     皮膚が赤くなった ND型  26%
     かなり赤くなった DD型  5%

▲文献 万行弘倫,1997.エタノール代謝にかかわる酵素の教材化について.
理科部会報,36-37
もと筑波大学・原田勝二教授の調査では
  D型  日本44%、 中国41%   タイ 10%
      アフリカ 0%  ハンガリー 2%  北米スー族 4%
  
<酒に強い遺伝子>順位  出現頻度(%)
1 秋田 76.7 −5 和歌山 49.7
2 岩手 71.4 −4 岐阜 47.6
3 鹿児島 71.4 −3 石川 45.7
4 福島 70.4 −2 愛知 41.4
5 埼玉 65.4 −1 三重 39.7

 人類の祖先はN型だったが、移動し人種が分かれる過程でD型が突然変異により出現。原田教授「3万から2万5千年前、中国の南部地域で」と推測。
 国内の分布では東北や九州南部にN型が高い傾向が出た。縄文時代にN型のひとが渡来し、弥生時代にD型のひとが渡来したのかもしれない。

▲日本経済新聞 2012年7月22日


   紫外線も遺伝子に突然変異を起こすが,修復酵素もある。


第6項 遺伝子組み換え

 ▼1970年 メセルソンのチームがヘモフィルス・インフルエンザ菌から制限酵素を分離。

 ▼1972年 ポール・バーグ、ボイヤー 遺伝子組み換え技術の確立

         制限酵素(ボイヤー<1936生>により1969年にEcoR1発見)と
         DNAリガーゼ(コラーナにより1967年に発見)、プラスミドを使う

   1973年11月 コーエン&ボイヤー実験 PNAS(米国科学アカデミー紀要)に発表 
         バイオテクノロジーが誕生

 
 プラスミドは大腸菌など細菌がもつ染色体外の小さな環状DNAである
 
 プラスミドは大腸菌内に必ずあるとは限らない。プラスミドが導入された大腸菌を見つけ出すのに、プラスミドに薬剤耐性遺伝子を組み込んで見つける方法がある。
 また遺伝子を導入するには大腸菌をKCl処理して細胞壁に小さな孔をあける必要がある。そんな処理をしても必ず入るわけではない。
 処理した大腸菌をコンピテントセルと呼ぶ。
 1億個のコンピテントセルに10万個のプラスミドを加えて入る菌は約100個である。

  [赤坂,2002より]


 
 ▼1977年春 ソマトスタチン遺伝子の合成が完了。大腸菌に組み込んだ。6月,ソマトスタチン合成が検出されなかった。

 ▼1977年8月15日 リグスと板倉 ソマトスタチンの大腸菌による合成に成功,12月9日「Science」に発表。 

 ▼1978年 ラットインスリンの発現に成功(ハーバード大学)
        ヒトインスリンの発現に成功(ジェネンテック社&COHチーム)

  遺伝子組換え作物の是非
 
第7項 遺伝子の仕組みの探求

 ▼1974年  ヘッジズとジャコブ  大腸菌でトランスポゾンの発見

←大腸菌に寄生するバクテリオファージT4
とその体を作るパーツ.
 ヘッド(頭部)とネック(首)とカラー(襟)
 シース(さや)とコア(核)
 エンド・プレート(末端板)とファイバー(足)
 から構成される.

▼バクテリオファージT4の遺伝子地図.
1966年の図で突然変異体を用いて,
ここまでは分かっていた.
 しかし,この先が長かった.

 [Ebert & Sussex,1970]


 ▼1977年 サンガーら Φ×174のDNAの全塩基配列を決定
  

▼ΦX174ののDNA

 A〜Hの遺伝子をもつが、
ヌクレオチド配列にBとEの
遺伝子を発見できなかった。
 欠失しているのだろうか。
 いや、B遺伝子はA遺伝子の
中にあり、E遺伝子はD遺伝子
の内部にあることが分かった。
 配列は重複して使われて
いたのだ。原核生物の配列の
このような特徴は真核生物に
は当てはまらない。


   出典:Sanger, Air, Barrell, Brown, Coulson, Fiddes, Hutchinson III, Slocombe and Smith,
  1977. Nucleotide sequences of bacteriophage Φ×174. Nature, 265, 687.


 ▼1977年 ロバーツとシャープら
       真核生物の遺伝子はイントロンによって分断されていることが判明

▲mRNA前駆体からイントロンを切り出し, 隣接のエキソンを連結する
ことをスプライシングといいます(右).



       「イントロン」は転写されるが翻訳されないDNAの塩基配列 
       翻訳される部分はエキソンと呼ぶ。

 ▼1989年 遺伝子操作によりノックアウトマウスができた
             (カペッキ、スミシーズ、エヴァンスらによる)


第8項 ゲノムサイエンス →  ゲノム・テクノロジー

  ▼1986年 マリス DNAを増幅するPCR法の開発

    出典:Mullis, Faloona, Scharf, Sasaki, Horn and Erlrich, 1986. Specific enzymatic
   amplification of DNA in vitro: The Polymerase Chain Reaction. Cold Spring
   Harbor Symp.Quant.Biol., 51,263. 

   個性の違いを遺伝子レベルで解析することが可能になった



   ゲノム・テクノロジー     池田

 「ゲノム・テクノロジー」という用語は「バイオ・テクノロジー」という用語に代わって使われ始めた(池田,2014年)。遺伝子医療や遺伝子組換え産業などの新技術を表現するのに適当な用語だと思う。

 本用語は既に日本学術振興会2013年10月発足の産学協力研究委員会「ゲノムテクノロジー委員会」などで既に使われていて池田の造語ではない。

 用語「Genome technology」はgenome webで本年2014年からPRされている



   ▼ ゲノム・サイエンス  1900年〜2003年 ヒトゲノム計画


    ヒトゲノム計画

 ヒトゲノムDNAの全塩基配列を決定しようというヒトゲノム計画は1990年にアメリカを中心に世界中の科学者が協力して15年後の完成を目標に始められた。
 コンピュータ解析技術の進歩が予想以上に早く,2000年にはその概要が発表される見通しになった。予告編として,ヒトの第22染色体の全塩基配列がNatureに載ったのは,1999年12月1日号だった。このときのNatureの表紙には,ミケランジェロの『天地創造』で神がアダムに生命を吹き込もうとする指先が使われていた。編集者には新たな創世記の開始という意識があったのである。

 Dunham, Shimizu, Roe et. al., 1999. The DNA sequences of human chromosome 22. Nature, 402(6761):445-562.

 ドラフトと呼ばれる概要配列は2000年6月に,全配列の完成版は2003年4月に発表された。予定より2年早い完成であった。

    ヒトとチンパンジーのゲノムの比較

  2004年5月の段階でチンパンジーのゲノム全体の塩基配列は大まかには決定されている。しかし,それはミスやギャップがまだまだ多く解析には用いることができないレベルであった。しかし,チンパンジー22番染色体(ヒト21番染色体に相当)については,公開されているヒトゲノムと同等の精度で塩基配列が報告された。
 mRNAや部分的なゲノムの比較により,ヒトとチンパンジーのゲノム塩基配列は98%以上一致していると推測されていた。ゲノム全体の単純な比較では,配列決定ミスを考慮しても,1個の塩基が異なる確率は1.44%と見積もられた。この点からすれば従来の98%以上が一致しているという予想を裏付けるものであった。
 しかし,局所的には著しい違いが見いだされた。タンパク質のアミノ酸配列もその発現パターンにも様々な違いが見いだされ,ヒトとチンパンジーの違いのゲノムに基づく説明はそう単純にはいかないことが明らかになった。また,このチンパンジーの塩基配列は一匹のものでありチンパンジーの多型についても考慮する必要がある。次はゴリラのゲノム配列との比較をすることになろう。

  Nature (2004) 429: 382-388(下記は要点)
  1.ヒト33,127,944塩基対,チンパンジー32,799,845塩基対
  2.68,000箇所に欠落か挿入変異があった。
  3.欠失と挿入は多くの場合は30塩基以下であるが,54000塩基に及ぶ場合もあった。
  4.231個のタンパク質の83%にアミノ酸配列の違いが存在する
  5.ヒト特異的配列の存在やチンパンジー特異的な配列の存在
  6.脳と肝臓で数十個の遺伝子発現を調べたところ,その約20%は発現量が著しく異なっていた。
 


    ゲノム GENOME= GENE + CHROMOSOME (-OMEは「総体」を表す)
  

            ゲノム解析で判明した遺伝子数と タンパク質をコードする遺伝子の%
                データが参考書により異なる.(種名)のデータはLIFE第9版
                        *は概数を表す

種名 遺伝子数 報告年 タンパクをコードする割合 文献
大腸菌  4289
 (大腸菌)  4377 88%
枯草菌  4100*  1997
(インフルエンザ桿菌)  1738 89%
酵母  6286
  (酵母)   5770* 70%
コウジ菌 12000*  2005 Nature,438
線虫 19427 25%
キイロショウジョウバエ 13600*
  (キイロショウジョウバエ) 13379 13%
シロイヌナズナ 25498
  (シロイヌナズナ) 28000* 25%
トラフグ 21000*
ヒト 22000*  2005
  (ヒト) 24000*  2003  1.2%
マウス 26000*  2002
イヌ 19300*  2005 概要 Nature,438
ウニ 23000*  2006

  ヒトのDNAの2%がタンパク質をコードする遺伝子で、残りの98%は「ジャンク」と呼ばれた。
  しかし、近年そのジャンク領域から様々な機能が発見されている。(NHKスペシャル 人体II 遺伝子 2019年5月5日放送より)

  例えば「顔を作る遺伝子」にうち、<鼻の高さを決める遺伝子>や<あごの形を決める遺伝子>はジャンク領域にあった(タン・クン博士による)。1万か所以上の遺伝子が関係している。

 体にとって、コーヒーの良い効果(抗酸化物質がはたらく)と悪い効果(カフェインが血圧を上げる)があった。良い効果を示した46%の人は「カフェインをす早く分解できる効果が強い」ことがわかった。この人のカフェイン分解酵素はDNAの2%領域にある。しかし酵素量を増やす遺伝子はジャンク領域にあった。
 
 遺伝病にならないDNAがある
 糖尿病になりにくいDNAを持った人がいる。
 (糖をためこむDNAがない人)

 こどもにDNA複製時にジャンク域では70.3個の突然変異を起こしている(カーリ・ステファンソンによる)

  
NHKスペシャル「人体II 遺伝子」“DNAスイッチ”が運命を変える
2019年5月12日 放送より===============
 
 遺伝子のスイッチがONかOFFかで能力が決まる
 一卵性双生児の研究 モニカ・ホフマンさんだけに乳がんの発症
 がん抑制遺伝子がOFFになると、がんが発症する
    ↑
 DNAメチル化酵素が作用
    ↑
 食事や運動の影響

 がん抑制遺伝子をONにする薬の投与にもよる → DNAメチル化酵素を抑制

 エベルカーリクス村では40代の心筋梗塞患者が多かった → 祖父の代に大豊作を経験していた
                                    大豊作時に「食欲を増す」「脂肪をためる」スイッチON
 宇宙飛行士スコット・ケリーには宇宙にいる間にスイッチがかなり変化していた。
              環境の影響がDNAに作用する=子孫に受け継がれる  エピジェネシス


第9項  発生遺伝学

    ホメオボックスの発見
    発生学の岡田節人がマンガ家の南伸坊に語った話によれば、
    進化遺伝学の木村資生が「もっとも重要な発見と評価していた」

       1978  ルイス キイロショウジョウバエで、双胸遺伝子複合体を発見

       1980  ニュスライン・フォルハルトとウィシャウス  Nature
             遺伝子を傷つけ、それが体のどの部分に変異として表現されるかを研究
             四万の変異を調べ、15の体節形成に関わる遺伝子を発見した
             (体節形成突然変異と母性効果突然変異を発見)
             ホメオティック遺伝子の発見   
       1982  スプラッディングとルビン P因子を用いた遺伝子導入
       1983  ホグネス  双胸遺伝子のクローニングに成功
       1984  ゲーリングとスコット  ホメオボックスのクローニングに成功
               1983年にスイスのバーゼル大学のゲーリングの研究室で
              あらゆるホメオティック遺伝子に共通のDNAの塩基配列が発見され、
              「ホメオボックス」と名づけられた。
               この180塩基から成る共通部分はカエルの遺伝子でも
              マウスの遺伝子でも、ヒトの遺伝子でも発見された。

       1989  ブスリッヒ   ホメオドメインの構造を発見




▲クリステイアーネ・
ニュスライン=フォルハルト

 1985年 マックス・プランク
発生学研究所の部長となる
 実験材料をゼブラフィッシュ
に変える 


    エボ・デボ領域は現在もっとも重要な分野 →  「進化発生学」「生態発生学」のページ

  ▼1998年 RNA干渉の発見 (2006年ノーベル賞医学生理学賞)



●第10項 分子進化学

  ポーリングとズッカーカンドル   1960年代 
    ヘモグロビン分子で類縁が近いほど似ている
    (当時は斬新で物議をかもすアイデアだった(ワトソン『DNA』より)

  ウィルソンとサリッチ 1967年
    免疫反応の強さからタンパク質相互の類似度を判定
    ヒトと類人猿は5百万年前に分岐した
   (古人類学の常識は二千五百万年前だった)

  ヒトと類人猿の距離の測定をDNAで行う
   (ウィルソンの研究室の大学院生メアリー=クレア・キングが1975年に発表:
    二十世紀のもっともすぐれた論文のひとつ。 ワトソン『DNA』より)

  チンパンジーとヒトのDNAの違いは1パーセント
  進化にとって重要な変化は遺伝子のスィッチングを支配する部域に起こった
  


●コラム 人類と人種の起原 (ワトソン『DNA』より)

 1987年にレベッカ・キャノンとウィルソンは、ミトコンドリア・イヴ仮説を提出し、15万年前に人類はアフリカ起源であると結論した。
 一方、カヴァッツリ=スフォルツアは男系の系図を研究した。Y染色体によって研究できる。同僚のアンダーヒルが2000年に発表し、やはり15万年前にアフリカ起源であると結論した。
 ところで、人種の皮膚の色の違いはなぜ生じたのだろうか。人類が共通祖先から分かれたのは最近であり、チンパンジーの皮膚は白いが体毛があることから考察すると、次のような仮説が立てられる。
 500万年前に人類は体毛を失ったのだ。そこで、色素が必要になった。白人がその色素を失った理由は何か。ビタミンD3を合成するのに紫外線が必要だった。  
 皮膚の色が紫外線やビタミンと関係していることには間接的な証拠がある。例えば、南アフリカのサン族の肌色は薄いが、南アフリカの紫外線の強さは地中海程度である。また、北極周辺のイヌイットはなぜ黒いのか?
 イヌイットはビタミンD3の豊富な魚中心の食事をしている。薄い肌の色に選択圧がかからなかったのだ。

Nature,443:521-524
Junk DNA as an evolutionary force written by Christian Biemont and Christina Vieria

Table1/Genome size and transposable elements
Species name Common name Genome size
(picograms)
%TEs
Rana esculenta Frog 5.6-8.0 77
Zea mays Maize 5.0 60
Homo sapiens Human 3.5 45
Mus musculus Mouse 3.4 40
Drosophila melanogaster Fruit fly 0.18 15-22
Caenorhabditis elegans Worm 0.1 12
Saccharomyces cerevisiae Yeast 0.012 3-5
Escherichia coli Bacteria 0.0046 0.3



  BACK TO CONTENTS