バイオテクノロジー（遺伝子組み換えとＤＮＡの増幅と解析）

バイオテクノロジーというのは生物に対して行う技術やその生産物の総称といえます。
具体的には遺伝子の組み換えやトランスジェニック生物のことで、身近にある技術になっていますのである程度の知識は持っておいた方がいいでしょう。
遺伝子の操作ともいえるので適切に扱うにはＤＮＡの増幅法や解析が必要になります。

遺伝子組換え

ある生物にその固体が本来持っていない遺伝子を組み入れることを遺伝子組換えといいます。

大腸菌にヒトの成長ホルモンをつくらせる場合、
ヒトの成長ホルモンをつくる遺伝子を含んだＤＮＡを「制限酵素」で切り、
同じ酵素で大腸菌の「プラスミド」を切断して同じ切り口をつくります。

制限酵素は、遺伝子組換えにおいてハサミのような役目をしていて、
特定の塩基配列部分を切断するので切断された部分の塩基配列は同じものができます。
また、細菌類は染色体のＤＮＡ以外にプラスミドという独自に増殖する小さな環状ＤＮＡを持っています。

成長ホルモン遺伝子を含んだヒトのＤＮＡと大腸菌を混合して、
特定の塩基配列部分でＤＮＡどうしを結合させる「リカーゼ」で処理すると、
切断部分をつなぎ合わせることができ、
こうすることでヒトの成長ホルモンをつくる遺伝子を持つ組換えＤＮＡが得られます。

リカーゼは遺伝子組換えにおいてノリのような役目をしています。

リカーゼによって結合されたＤＮＡを大腸菌に取り込ませ、
大腸菌を増殖することによって、
ヒトの成長ホルモンを大量に合成する大腸菌を得ることができるのです。

遺伝子組換えを簡単にいうと、
制限酵素で切り出した遺伝子を、リカーゼを使ってプラスミドＤＮＡに組み込み、細胞に導入することです。

遺伝子組換えについては
⇒　遺伝子の組換えと組換え価および染色体地図
が少しは参考になるでしょう。

トランスジェニック生物

遺伝子組換えによって、その生物が本来持っていない遺伝子を導入した細胞からなる生物を「トランスジェニック生物」といいます。
遺伝子は英語でgene（ジーン）といいますが、トランスは転換や変換、変えるという意味なので、「遺伝子を変えられた生物」と考えると分かり易いかもしれません。
農業や医学などいろいろな分野で利用されています。

ＤＮＡの増幅（ＰＣＲ法：ポリメラーゼ連鎖反応法）

バイオテクノロジーでは、同一の塩基配列を持つＤＮＡを大量に必要とする場合が多く、ポリメラーゼ連鎖反応法（ＰＣＲ法）はＤＮＡを大量に増幅させる方法です。

ＰＣＲ法ではＤＮＡを９５℃に加熱して２本鎖をつくっている塩基対の水素結合を切り、１本鎖のＤＮＡにします。
次に、温度を下げて１本鎖にしたＤＮＡに相補的な塩基対を持つ短いプライマーＤＮＡとＤＮＡポリメラーゼを加えて、プライマーが結合した部分を始点にもとの鎖を鋳型（いがた）としてもとのＤＮＡと同じ塩基配列をもつ２本鎖ＤＮＡを複製します。

これを繰り返すことで急速にＤＮＡを増幅することができるのです。
このときプライマーＤＮＡやＤＮＡポリメラーゼは分解されたり変化しないので追加しなくても良いことに注意して下さい。

２本鎖ＤＮＡ　→　９５℃に加熱
→　１本鎖ＤＮＡに分離　→　温度を下げてプライマー結合
→　ＤＮＡポリメラーゼ　→　２本鎖ＤＮＡ複製

を繰り返すのがＰＣＲ法です。

ＤＮＡの解析（電気泳動法）

ＤＮＡ分子など正や負の電荷をもつ分子を電流の流れる溶液中で分離する方法を「電気泳動法」といいます。
ＤＮＡ分子が負（－）に帯電するような緩衝液を含むアガロースゲルと呼ばれる寒天ゲル中で電気泳動を行うと、ＤＮＡは陽極に向かって移動します。
このとき長いＤＮＡ断片はゲルの網目にひっかかるので移動距離が短くなりますが、短いＤＮＡ断片は移動距離は長くなります。

この性質を利用してＤＮＡのだいたいの長さを測定することができるのです。
ＤＮＡの長さを示す単位は、「ｂｐ」（塩基対数）で表しますが、これはＤＮＡの塩基対の大きさ（長さ）を表す単位で、５００塩基対の場合５００ｂｐと表します。
※
電荷は正（＋）負（－）で表されますが、電極は陽極（＋）陰極（－）と表すので注しておきましょう。

塩基配列の解析原理

解析したいＤＮＡの断片、ＤＮＡポリメラーゼ、プライマー、ヌクレオチドと、
４種類の蛍光色素をそれぞれつけた特殊なヌクレオチドの混合溶液をつくり、
加熱してＤＮＡを１本鎖にし、
片方の鎖にだけプライマーを結合させて複製を行います。
ここで「特殊なヌクレオチド」というのは複製の過程でヌクレオチド鎖の伸長を止めるヌクレオチドのことです。

伸長を停止する特殊なヌクレオチドが取り込まれると、
ヌクレオチド鎖の伸長はいろいろな長さで止まるので、
いずれかの蛍光色素を端につけた、
さまざまな長さのヌクレオチド鎖の断片ができます。

合成されたヌクレオチド鎖を電気泳動で分離すると、
いろいろな長さの塩基配列パターン図（電気泳動図）ができます。
この電気泳動図をもとに末端にある蛍光色素の色を読み取り塩基配列を決定します。