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解決済みの質問

遺伝子組み替えと生物進化

遺伝子組み替えによって、他の生物の遺伝子の一部をまったく種の異なった生物の遺伝子に組み込むことがされますが、これは、非常に大雑把に言って、生物の進化と同じようなことを、人工的にやっていると考えていいのでしょうか。

ミトコンドアなど、現在の高等生物の細胞の構成要素の一部は、元々、進化の過程で、他の細胞生物から融合されたものであり、現在の遺伝子組み替えと同じことのように思えるのです。

ただ、幾つかよく分からない点があります。

1.遺伝子組み替えというのは、例えば、旱魃に強いとか虫の食害がないとか、または、ガン遺伝子のような、「環境とかに対する機能、または、その生物体自身に対しての機能を組替え」をさせるものですよね。元々の生物体でのある特定の機能のみを、まったく異なった種の生物体にどうして発現させることができるのでしょうか?
旱魃に強いと言う機能は、その植物体自体が長年かけてその植物体の構造と言うか特性のようなものにあわせて、総合力として身に付けたものであるように思うのです。変なたとえですが、自動車のタイヤを自転車につければ速く走れるようになると言う感じになっているように思えて、どうも不思議です。
2.上の疑問と同じことなのですが、遺伝子組み替えをやると、狙った機能が、組み込まれた生物体の、それまでの遺伝子情報と何らかの形で協調するように自動的に再構成されるのでしょうか?それとも、細菌レベルの機能を植物体に移すなど、それは進化の過程と同じく、細菌→高等生物であり、そう言う形での組換えなら、自動的に異なる種の遺伝子でも協調的に働いて行くことができるのでしょうか?
3.変なたとえかも知れませんが、もう少し具体的な形での疑問です。こうもりの多くは、頭部から高周波の音波を出して、それをレーダー代りに使って暗闇でも活動ができるといいます。その機能をつかさどる遺伝子情報は、当然あるはずです。仮に、その遺伝子情報が、一体となった、まとめて取り扱いができるようなもの、つまり、遺伝子組み替えの対象となるようなものであったとします。それを例えば、他の鳥類、昆虫、象等の哺乳類、または人間に組替えた場合、それぞれの生物体の中で、遺伝子が協調的に働いて、それぞれの生活のしかたの中で、単に暗闇の中でも外界が知覚できるようになるのでしょうか?つまり、こうもりは、飛びながら音波を発していて、飛びながら瞬時に情報処理をする結果、暗闇を飛べるわけですが、象や人間には、飛ぶ機能などありません。つまり、飛び方をコントロールする部分とは切り離された形で、音波探知機機能とで言うものが元々こうもりにあるのでしょうか?

投稿日時 - 2008-10-23 02:25:40

QNo.4422636

困ってます

質問者が選んだベストアンサー

>すいません、あまり専門知識がなくて、質問しているので、頓珍漢な問かも知れませんが、これこそが、遺伝子組み替えの技術そのものではないのですか?ウィルス使用による遺伝子組み込みだと思っていたのですが。

ウイルスを使う方法も、トランスポゾンを使う方法も、どれも使わない方法もあります。ここでは遺伝子組み換え技術というのが、すなわちウイルスを使った遺伝子導入であるということではないとだけ言っておきます。

>そうですね。確かにそう言う捉え方の方が科学的なのかもしれません。
ただ、作られたタンパクが特定の機能を持ち、または、遺伝子全体として働いた結果、遺伝子の特定部位から作られた特定のタンパクは特定の機能を発揮すると言うことではないのですか?

これも正しいです。

>すいません、ある意味仰ることは理解しているつもりなのですが、遺伝子組換えで行っていることは、「いつ、どの細胞で発現してタンパク質を作るかの調節を変化」させるためのものだということなのでしょうか?

遺伝子組み換えでやっていることというより、生物がそれぞれ進化して、超音波がきこえたり、空を飛べるようになったりしたのは、同じレパートリーの遺伝子(あるいはその発現調節機構)がそれぞれ変化した結果と考えるほうが正統的であるということです。ここで言う遺伝子の変化というのは、外来の遺伝子を取り込んだということではなく、独立に突然変異を起こしていった結果を指します。
どうしても、遺伝子組み換え技術と生物の進化機構にアナロジーがあるという発想から離れられないようですが、理由がよくわからないとしても、それは間違いであることは理解してください。

>異種間の遺伝子組み替えが可能である理由も分かるように思います。

ひょっとして、遺伝子「組換え」技術と配偶子形成でみられるの相同染色体「組換え」の「組換え」は同等のものだと思っていらっしゃるのかもしれませんが、そうではありません。
組換え技術は外来の遺伝子を宿主のゲノムに挿入するかあるいは染色体外遺伝子として導入すること一般をいいます。ゲノムに挿入するのは、染色体のどこであっても組換え体です。もっとも一般的には、ゲノム上のランダムな位置に入り込む方法で行います。特定のところを狙って入れるには特別な方法が必要です。相同組換えの原理を使って、ゲノム上の相同遺伝子を相同配列ではさんだ外来遺伝子と組み換えて、入れ替えるかたちで導入する方法もありますが、これをやるには、相同配列が同種由来で、きわめて近い系統でなければうまくいきません。異種の相同配列でそういうことが起こることはないと言っていいです。

現在の遺伝子組み換え技術ではある生物の高次の形質(超音波がきこえる、とか)を遺伝子導入によって異種に持たせるということは出来ません。高次の形質を発現させるには、かかわる遺伝子がたくさんありすぎるし、それにかかわる遺伝子がすべてわかっているわけではないので、簡単にはいきません。たとえ出来たとしても、現生生物はかなり精巧に組み立てられているので、そんな改造すればスクラップになってしまうでしょう。
たとえば、ファミリーカーのエンジンをパワーアップしたいからと、スポーツカーのエンジンとそっくり入れ替えたとしたら? それが収まるようにエンジンルームも改造しなければならないし、パワーに見合うボディー強度、ブレーキ性能、タイヤ、、、、、際限なく改造しなければならないでしょう。その自動車のアイデンティティーはどうなるの? しかも、結局、まともに走るようになるのかは????

投稿日時 - 2008-10-24 22:26:08

補足

ありがとうございます。

やっと、ある程度、遺伝子組み替えの意味というかその原理みたいなものが、分かってきたように感じます。

稲に除草剤耐性を持たせることが可能と言うのは、土壌菌と稲の進化の程度が同じだからできるというわけではなくて、除草剤耐性が比較的単純な機構で出来ていて、稲の全体としての生物体構造のようなものとあまり深いかかわりを持っていないからと理解してよいのでしょうか?

>一般的には、ゲノム上のランダムな位置に入り込む方法で行います。

これもよく分からないことなのです。本来の遺伝子は、遺伝子配置が決まっていて、どの個体の遺伝子も同じ配列を持っていると理解しています。ということは、その配列自体に意味がある程度はあり、例えば、一番右側の遺伝子が発現して、その次にその右側が発現すると言うように、互いの機能に影響を与え合っていると言うイメージがあったのです。
しかし、ランダムな位置に導入がされていると言うことは、少なくとも、導入遺伝子の機能は、単に、赤色のインクに黒のインクを混ぜるように、混ざり合うと言うことなのでしょうか?
それとも、調和的に発現することが必要な高次な機能ではなくて、単独で発現が可能な単純な機能を持った遺伝子(こういった言い方は間違っているとおしかりを受けそうですが)のみ、現在の技術では組み込みが可能であると言うことでしょうか?
それとも、ランダムに行った結果、たまたま正しい位置(つまり、遺伝子の発現が可能な位置)に収まったものだけが、成功例として残されると言うことなのでしょうか?

すいません、どんどん質問してしまい。
できれば、また、教えていただけるとありがたく思います。

投稿日時 - 2008-10-25 11:32:30

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回答(5)

ANo.5

>それとも、調和的に発現することが必要な高次な機能ではなくて、単独で発現が可能な単純な機能を持った遺伝子(こういった言い方は間違っているとおしかりを受けそうですが)のみ、現在の技術では組み込みが可能であると言うことでしょうか?

実験の目的によっては例外がないとは言えませんが、その理解が正しいと言っていいです。


外来遺伝子をランダムには挿入する方法では、ゲノムのどこにでも、いくつでも挿入し得るのですが、宿主の遺伝子に割り込むと、その遺伝子が壊れてしまいますし、あまりたくさんはいると宿主の遺伝子が危険が増えるし、外来遺伝子の量が多すぎて宿主の細胞機能を妨害してしまうかもしれません。ふつうは、宿主のゲノムの中で機能遺伝子がないところ(遺伝子と遺伝子の間のスペーサー部分のようなところ)に一個ないしあまり多くない数入ったものが使われます。

投稿日時 - 2008-10-25 16:11:21

お礼

ありがとうございました。

スペーサ-の部分に外来遺伝子が入るのですね。まるで、神がわざわざ人間に科学の発展の余地を与えていたかのような感じですね。

何回も答えていただき、重ねてありがとうございました。

投稿日時 - 2008-10-25 16:56:48

ANo.3

>なぜ、土壌菌の機能が稲に発現するのか

なぜその土壌菌が除草剤に強いかを考えてみて下さい。それは「土壌菌のカラダが丈夫だから」ではありません。その(特定の)除草剤を分解するための酵素を持っているからです。その酵素が特定できれば、それに相当する遺伝子が有りますので、その遺伝子を植物に組み込めば植物もその酵素を作るようになります。

>人間の免疫機能などを稲に組み込もうとしても無理ですよね
ヒトの免疫というのは、抗体や免疫細胞等さまざまなものが関わっている複雑な機能ですから他の生物に移植するのは不可能でしょう。細菌の薬物耐性と比較できるものではありません。

簡単にいえば、ヒトはケガが化膿したら抗生物質を飲みますが、抗生物質は「材料とレシピ」で作られます。植物に薬物耐性を組み込むということは、抗生物質のレシピを注射するようなものです(材料は生体内にいくらでもありますので注射の必要は有りません)。

投稿日時 - 2008-10-24 10:12:36

お礼

ありがとうございます。

免疫と酵素の働きはまったく別のものだったんですね。何か、混同していて、免疫機能というのは、酵素の働きが単に多重化されたもののようにイメージしていたのですが、考えてみると、かなり違うもののようですね。

重ねて、ありがとうございました。

投稿日時 - 2008-10-27 00:12:33

ANo.2

>ミトコンドアなど、現在の高等生物の細胞の構成要素の一部は、元々、進化の過程で、他の細胞生物から融合されたものであり、現在の遺伝子組み替えと同じことのように思えるのです。

共生説からの連想でしょうが、遺伝子の進化には当てはめるのは乱暴です。共生説は原始的な嫌気性細菌から、真核生物が出現した過程を説明するもので、それ以上ではありません。遺伝子の進化、ゲノムの進化のメカニズムと一緒くたに考えるのは不適切です。遺伝子がなにかの原因で(例えばウイルスやトランスポゾンによって)他の生物の遺伝子が取り込まれる水平伝播よばれるマイナーな現象はありますが、質問者さんの考えているような進化をもたらす主要因とは程遠いです。

また、「超音波がきこえる」とか「頭が良くなる」とか「背を高くする」とか形而上的な情報が遺伝子に書き込まれているわけじゃありません。言うまでもないですが、大部分の遺伝子の機能は、あるタンパク質を作るという即物的ことだけです。で、その遺伝子のレパートリーというのは、コウモリもネズミもブタもイヌもヒトも同じといっていいです。もっといえば、鳥や魚やカエルとくらべても外見ほどの違いがあるわけではないし、ショウジョウバエと比べても8割くらいは共通だと言われています。

生物の進化は、もともと持っていた、基本的に同じレパートリーの遺伝子をどう使うか、つまり、いつ、どの細胞で発現してタンパク質を作るかの調節を変化させてきたことに大きく依存しています。もともと持っていない遺伝子をよそから取り込むことで、まったく新しい性質を獲得したというわけではありません。

投稿日時 - 2008-10-23 13:00:39

補足

ありがとうございます。

>共生説からの連想

そうです。

>ウイルスやトランスポゾンによって)他の生物の遺伝子が取り込まれる水平伝播

すいません、あまり専門知識がなくて、質問しているので、頓珍漢な問かも知れませんが、これこそが、遺伝子組み替えの技術そのものではないのですか?ウィルス使用による遺伝子組み込みだと思っていたのですが。

>大部分の遺伝子の機能は、あるタンパク質を作るという即物的ことだけ

そうですね。確かにそう言う捉え方の方が科学的なのかもしれません。
ただ、作られたタンパクが特定の機能を持ち、または、遺伝子全体として働いた結果、遺伝子の特定部位から作られた特定のタンパクは特定の機能を発揮すると言うことではないのですか?

>生物の進化は、もともと持っていた、基本的に同じレパートリーの遺伝子をどう使うか、つまり、いつ、どの細胞で発現してタンパク質を作るかの調節を変化させてきたことに大きく依存しています。もともと持っていない遺伝子をよそから取り込むことで、まったく新しい性質を獲得したというわけではありません。

すいません、ある意味仰ることは理解しているつもりなのですが、遺伝子組換えで行っていることは、「いつ、どの細胞で発現してタンパク質を作るかの調節を変化」させるためのものだということなのでしょうか?

そうであるなら、異種間の遺伝子組み替えが可能である理由も分かるように思います。
ただ、今までの自分のイメージと多少異なるので、確認のご回答をいただけないでしょうか?

投稿日時 - 2008-10-23 19:23:29

ANo.1

1 遺伝子というのは、酵素(タンパク質)を作る設計図ですので、機能を組み込むわけでは有りません。研究者は、「この機能はこのタンパク質がはたらいているから存在しているに違いない」と考え、その遺伝子を組み込み、機能(形質)が発現すれば実験成功となります。

2 遺伝子は基本的に、単なる塩基の並び順にすぎません。どんな遺伝子がどんな生物にあっても、「異質物」ではないのです。

3 超音波というのは高周波の音のことです。コウモリが超音波をキャッチできるのは耳が良い(ヒトより高周波を聞くことが出来る)だけで、とくに特殊機能というわけでは有りません。発することが出来るのも、高い音の声を出せるというだけです。たしかにこれを司る遺伝子というものが存在するのかもしれませんが、それは「超音波レーダー遺伝子」という単一の遺伝子があるわけではなく、多くの遺伝子がはたらいて、歌う能力・聞く能力が発達したと考えられます。似た能力は多くの生物が持っています。例えば犬やネコも、音の指向性を聞き分けることが出来ますね。ヒトにも指向性が分かる耳の良い人もいるようです。コウモリはこれの高音タイプです。

投稿日時 - 2008-10-23 08:02:50

補足

仰っていることは分かっています。
機能が、その機能を元々持っていた組織体(生物体)で獲得されたものであれば、いかに遺伝子レベルであろうと、そのもともとの組織体(生物体)の持つほかの機能というか、その組織体のあり方と密接な関連性をもって機能そのものが発達してきているのではないのか? という疑問なのです。

そして、現実には、例えば、除草剤に強い土壌菌の除草剤に強いと言う遺伝子部分を切り取って、稲に組み込み、除草剤に強い稲を作り出すと言う研究があると知って、なぜ、土壌菌の機能が稲に発現するのか疑問なのです。

多分、人間の免疫機能などを稲に組み込もうとしても無理ですよね。遺伝子組み替えの技術には、何らかの方向性のようなものがあるのか、つまり、進化の過程と同じ形での遺伝子組み替えしかできないという制限があるのか、と言う疑問です。

投稿日時 - 2008-10-23 19:15:08

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