スクリーニング (生物学)

スクリーニングとは

生物学におけるスクリーニングとは、多様な集団の中から、特定の目的の性質を持つ個体（微生物、細胞など）や物質（遺伝子、タンパク質など）を効率的に選別・単離する技術の総称です。新薬の開発における有効成分の探索や、有用な酵素を生産する微生物の探索、特定の機能を持つ遺伝子の同定など、生命科学研究や産業応用において基盤となる重要な手法です。

本記事では、環境中から有用な微生物を探す「土壌からのスクリーニング」と、生物の遺伝情報の中から特定の遺伝子を見つけ出す「ゲノムからの遺伝子のスクリーニング」の代表的な手法について説明します。

土壌からの微生物スクリーニング

土壌は非常に多様な微生物が生息する環境であり、医薬品や産業用酵素の生産に有用な微生物を見つけるための重要な探索源となります。土壌から目的の微生物をスクリーニングする基本的な流れは以下の通りです。

1. 土壌サンプルの採取: 土壌サンプルを採取します。サンプリング量は、多すぎると目的とする微生物の単離が困難になる場合があるため、少量に留めるのが望ましいとされます。

2. 懸濁液の調製: 回収した土壌サンプルを、オートクレーブ滅菌によって完全に無菌化した脱イオン水に懸濁します。この際、微生物の生存率を高く保つため、滅菌水は必ず室温程度まで冷ましてから使用します。熱いままの滅菌水を使用すると、微生物が死滅する可能性があります。

3. 培地への接種: 調製した土壌懸濁液に含まれる微生物を、培養するための固形培地に植え付けます。この操作は通常、白金耳などの滅菌された道具を用いて行います。
接種時の注意: コンタミネーション（空気中の雑菌などが混入すること）を防ぎ、目的の微生物が培地全体に均一に分散して生育するように工夫が必要です。一般的には、培地を収めたシャーレの蓋は閉じたまま、底面を下向きにして実験台に置き、蓋と底面の間にできるわずかな隙間から白金耳を挿入し、培地上にジグザグ状に筋を引くように塗布する方法が推奨されます。この方法は、空気中の浮遊菌が培地に落下するリスクを低減し、単一コロニーを形成させるのに有効です。

4. 培養: 微生物を接種した培地を、適切な温度、湿度、時間、日数で培養します。培養中も、シャーレの蓋は底面を下向きにした「倒置」状態で置くのが一般的です。これは、培養中に発生する水蒸気が蓋の裏側に結露し、それが培地に落ちてコンタミネーションを引き起こしたり、コロニーが流れたりするのを防ぐためです。

5. 目的微生物の選抜: 培養後に形成された微生物のコロニーの中から、目的とする性質（例えば、特定の化合物を分解する、特定の物質を生産するなど）を持つコロニーを選び出し、さらに詳細な解析や単離を行います。

ゲノムからの遺伝子スクリーニング

生物のゲノムDNAの中から、特定の機能や表現型に関わる遺伝子を探索するスクリーニング手法も重要です。多様なアプローチがありますが、ここでは特定の表現型を示す遺伝子を同定するための代表的な手法の一つを紹介します。

この手法は、表現型相補法として知られる原理に基づいています。

1. 遺伝子破壊株の作製: まず、標的とする表現型（例えば、ある栄養素がないと生育できない、特定の薬剤に感受性を示すなど）を示す原因となっている遺伝子が機能しないようにした株、すなわち遺伝子破壊株を作製します。これは、既知の遺伝子破壊技術（相同組換えなどを利用）によって行われます。

2. ゲノムライブラリーの構築: 目的の遺伝子が存在する可能性のある野生型の生物からゲノムDNAを抽出し、ランダムに切断します。これらのDNA断片を適切なベクター（プラスミドなど）に組み込み、宿主細胞（例えば、遺伝子破壊株と同じ種類の別の株や大腸菌など）に導入することで、ゲノムライブラリーを構築します。このライブラリーには、野生型のゲノムに含まれるほぼ全ての遺伝子が断片化された形で含まれています。

3. 遺伝子破壊株へのゲノムライブラリー導入: 作製したゲノムライブラリーを、先の遺伝子破壊株に導入します。

4. 目的遺伝子の選抜: ゲノムライブラリーが導入された遺伝子破壊株を、破壊された遺伝子が正常に機能しないと生育できない、あるいは特定の表現型を示さないような条件で培養します。この培養条件で生育または特定の表現型を示すようになった株は、導入されたゲノムDNA断片の中に、破壊されていた遺伝子の機能（またはその機能を相補する別の遺伝子）が含まれていると考えられます。この現象を表現型相補と呼びます。

5. 遺伝子の特定: 表現型相補が確認された株が導入しているベクターを回収し、そのベクターに組み込まれているゲノムDNA断片の配列を解析することで、目的の遺伝子を特定することが可能となります。

この手法は、ある表現型が観察されるが、その原因遺伝子が未知である場合に、原因遺伝子を特定するための強力な手段となります。

関連項目

遺伝子破壊
メタゲノム（metagenome）

外部リンク

NITE バイオテクノロジーセンター スクリーニング株（RD株）

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