遺伝子ノックアウト

遺伝子ノックアウトの技法について

遺伝子ノックアウト（gene knockout）は、生物の特定の遺伝子の機能を意図的に失わせるための遺伝子工学技術です。この技術は、特定の遺伝子の機能が明らかでない場合に、その遺伝子の役割を探索するために広く用いられています。ノックアウトは通常「KO」と略され、一度に複数の遺伝子を失活させる場合には「ダブルノックアウト」や「トリプルノックアウト」と呼ばれます。

手法とプロセス

遺伝子ノックアウトを実施するためには、以下の手法が一般的に使用されます。まず、対象となる標的遺伝子に関連するDNA構築物を作成します。このDNA構築物は、標的となる遺伝子の塩基配列を含むもので、外来の非機能的な配列と置き換えられることにより、その遺伝子の役割を失わせることを目的としています。

次に、これらのDNA構築物を使用して細胞を培養します。こうした細胞は遺伝的に改変され、最終的には遺伝子組み換え動物の生成に寄与します。具体的には、胚性幹細胞に特定のDNA構築物を挿入して遺伝子改変を施し、その後、初期胚に挿入されます。正常な個体に成長した場合、遺伝子改変細胞が次世代に遺伝子を伝えることができます。

組換えの仕組み

DNA構築物は、標的遺伝子と相同組換えを実行可能な形で設計されます。この過程では、標的遺伝子の一部が非機能的な配列で置換されることで、遺伝子の機能が失われます。しかし、望ましい組換えが発生する確率は低いため、特定の目的遺伝子の組換えが成功した細胞を選別するために、レポーター遺伝子がしばしば使用されます。この遺伝子は、組換えが成功した細胞を容易に識別する手助けをします。

条件付きノックアウト

遺伝子ノックアウトの一つのバリエーションとして、条件付きノックアウトがあります。この方法では、特定の組織や時間に依存して、遺伝子を削除することが可能です。これにより、特定の条件下での遺伝子の機能をより詳細に解析することができます。さらに、Cre-loxPシステムを利用した手法などが用いられ、特異的な遺伝子の操作が行われています。

重要な留意点

遺伝子ノックアウトの過程においては、意図した遺伝子以外の場所にDNA構築物が挿入されることもあります。これによって不必要な遺伝子変異が生じる恐れがあるため、こうした細胞を迅速に排除する仕組みを設けたDNA構築物が必要です。通常、これには二つのDNA領域が用いられ、意図した以外の挿入を特定し、除却するための機能を持っています。

ゲノム内の遺伝子の役割

二倍体生物では、各遺伝子には通常、二つの対立遺伝子が存在します。同じ機能に関与する複数の遺伝子がある場合、すべての標的遺伝子をノックアウトするまでに何度も遺伝子組み込みと選別が必要になります。また、ホモ接合型の生物を生成するためには、特定の遺伝子を選択的に掛け合わせる必要がある場合があります。

関連技術

遺伝子ノックアウトに関連する技術として、遺伝子ノックインがあり、これは特定の遺伝子を削除する代わりに、新しい遺伝子を導入する手法です。さらに、遺伝子ノックダウンや遺伝子サイレンシングといった技術も、遺伝子機能の解明に寄与しています。これらの技法は、遺伝子の機能を深く理解するための貴重なツールとなっています。

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