細胞と遺伝子

生物基礎の「遺伝子とその働き」では、DNA の二重らせんの構造を学びます。2 本の鎖の塩基は、A と T、G と C が対になります(塩基の相補性)。細胞が分裂する前には、この性質を使って DNA が正確に複製され、分かれた 2 つの細胞に同じ遺伝情報が渡されます。

国立遺伝学研究所によると、ヒトの細胞 1 個に入っている DNA は、つなぐと全長約 2 m になります。DNA は直径 2 nm のとても細い糸です。ヒストンというタンパク質の糸巻きに巻き付いて、直径約 11 nm のヌクレオソームという粒をつくります。

この糸が核の中にどう収まっているかは、今も研究が続いています。1976 年、イギリスのクルーグは、ヌクレオソームが規則正しく折りたたまれて、太さ約 30 nm の線維になると提唱しました。この図は、長く教科書に使われてきました。国立遺伝学研究所の前島一博さんたちは 2012 年、細胞の中では不規則に折りたたまれているとする結果を発表しています。

研究が進むと、教科書の図も書き換わっていきます。高校で学ぶ内容は、完成した知識の一覧ではありません。今も研究者が確かめ続けている、最前線とつながっているのです。

生物の「遺伝子を扱う技術」では、DNA を決まった場所で切る制限酵素、遺伝子を細胞に運ぶベクター、DNA を増やす技術を学びます。学習指導要領は、これらが実際にどう使われているかにも触れるよう求めています。食べ物に関わる例が、ハワイのパパイヤです。

アメリカ植物病理学会の資料によると、1992 年、ハワイ島のプナ地区でパパイヤリングスポットウイルスが見つかりました。プナ地区は、ハワイのパパイヤの主な産地です。ウイルスは 2 年ほどで地区中の畑に広がりました。ハワイ州の生のパパイヤの生産量は、1992 年から 1997 年までに約 6 割に落ち込んでいます。

そこで研究者たちは、このウイルスの殻をつくるタンパク質の遺伝子を、パパイヤに組み込みました。ウイルスの遺伝子の一部を持つパパイヤは、ウイルスに強くなったのです。1998 年、このしくみを持つ品種「レインボー」の種が農家に配られ、多くの農家が育て始めました。

このパパイヤは、日本でも食品としての安全性審査を経ました。厚生労働省は 2011 年 12 月、それまで輸入のたびに行っていた検査の命令を解除しています。今では、遺伝子組換えの表示が必要な作物の 1 つになっています。

多くの大学の理学部や農学部、薬学部、医学部では、1・2 年生で細胞生物学や分子生物学を学びます。高校で学んだ転写や翻訳が、どんなタンパク質によって調節されているかまで深めます。科目の名前や学ぶ時期は、大学によって異なります。

この分野の知識は、医薬品や食品の会社の研究職、病院の臨床検査技師、作物の品種をつくる研究者など、多くの仕事の土台になります。酵母にヒトの遺伝子を入れる研究のように、身近な生き物を使って、ヒトの遺伝子の働きを調べる方法も広がっています。

つまずきやすいのは、複製・転写・翻訳の区別です。「何から何をつくるか」で整理してください。複製は DNA から DNA、転写は DNA から RNA、翻訳は RNA の情報からタンパク質です。この 3 本の矢印を軸に図を描くと、多くの用語のつながりが見えてきます。