プリンキピア

第17章バイオテクノロジーとゲノミクス

Section Summaryこの節のまとめ

Nucleic acids can be isolated from cells for the purposes of further analysis by breaking open the cells and enzymatically destroying all other major macromolecules. Fragmented or whole chromosomes can separate on the basis of size by gel electrophoresis. PCR can amplify short DNA or RNA stretches. Researchers can use Southern and Northern blotting to detect the presence of specific short sequences in a DNA or RNA sample. The term “cloning” may refer to cloning small DNA fragments (molecular cloning), cloning cell populations (cellular cloning), or cloning entire organisms (reproductive cloning). Medical professionals perform genetic testing to identify disease-causing genes, and use gene therapy to cure an inheritable disease.
細胞を壊して開き、ほかの主要な高分子をすべて酵素で分解すると、さらに分析するために核酸を細胞から分離できる。染色体の断片や染色体全体は、ゲル電気泳動によって大きさに応じて分離できる。PCRは、短いDNAやRNAの部分を増幅できる。サザンブロッティングやノーザンブロッティングによって、DNA試料やRNA試料中の特定の短い配列の存在を検出できる。「クローニング」という語は、小さなDNA断片のクローニング（分子クローニング）、細胞集団のクローニング（細胞クローニング）、生物個体全体のクローニング（生殖クローニング）を指すことがある。医療従事者は、病気を引き起こす遺伝子を特定するために遺伝子検査を行い、遺伝性疾患を治すために遺伝子治療を用いる。
Transgenic organisms possess DNA from a different species, usually generated by molecular cloning techniques. Vaccines, antibiotics, and hormones are examples of products obtained by recombinant DNA technology. Scientists usually create transgenic plants to improve crop plant characteristics.
英語のヒント
トランスジェニック生物は、通常は分子クローニング技術で導入された、別の種のDNAをもつ。ワクチン、抗生物質、ホルモンは、組換えDNA技術で得られる産物の例である。トランスジェニック植物は通常、作物の特性を改善するために作られる。

Visual Connection Questions図を使った問題

Exercises 1–2練習問題 1–2
Exercise 1問題 1
Figure 17.7 You are working in a molecular biology lab and, unbeknownst to you, your lab partner left the foreign genomic DNA that you are planning to clone on the lab bench overnight instead of storing it in the freezer. As a result, it was degraded by nucleases, but still used in the experiment. The plasmid, on the other hand, is fine. What results would you expect from your molecular cloning experiment?
図17.7 あなたは分子生物学の研究室で作業している。あなたの知らないところで、実験の相手が、これからクローニングしようとしていた外来ゲノムDNAを冷凍庫に保存せず、実験台の上に一晩放置していた。その結果、DNAはヌクレアーゼで分解されていたが、そのまま実験に使われた。一方、プラスミドには問題がない。この分子クローニング実験では、どのような結果が予想されるか。
  1. There will be no colonies on the bacterial plate.
    細菌の培養プレートには、コロニーができない。
  2. There will be blue colonies only.
    青いコロニーだけができる。
  3. There will be blue and white colonies.
    青いコロニーと白いコロニーができる。
  4. The will be white colonies only.
    白いコロニーだけができる。
Solution解き方
Figure 17.7 B. The experiment would result in blue colonies only.
図17.7 B。この実験では、青いコロニーだけができる。
Exercise 2問題 2
Figure 17.8 Do you think Dolly was a Finn-Dorset or a Scottish Blackface sheep?
図17.8 ドリーはフィン・ドーセット種とスコティッシュ・ブラックフェイス種のどちらだったと思うか。
Solution解き方
Figure 17.8 Dolly was a Finn-Dorset sheep because even though the original cell came from a Scottish blackface sheep and the surrogate mother was a Scottish blackface, the DNA came from a Finn-Dorset.
図17.8 ドリーはフィン・ドーセット種だった。元の細胞はスコティッシュ・ブラックフェイス種に由来し、代理母もスコティッシュ・ブラックフェイス種だったが、DNAはフィン・ドーセット種に由来していたためである。

Review Questions確認問題

Exercises 3–7練習問題 3–7
Exercise 3問題 3
GMOs are created by ________.
GMOは、________によって作られる。
  1. generating genomic DNA fragments with restriction endonucleases
    制限エンドヌクレアーゼでゲノムDNA断片を作ること
  2. introducing recombinant DNA into an organism by any means
    何らかの方法で、生物に組換えDNAを導入すること
  3. overexpressing proteins in E. coli
    大腸菌でタンパク質を過剰発現させること
  4. all of the above
    上記のすべて
Solution解き方
B
B
Exercise 4問題 4
Gene therapy can be used to introduce foreign DNA into cells ________.
遺伝子治療は、________外来DNAを細胞に導入するために使うことができる。
  1. for molecular cloning
    分子クローニングのために
  2. by PCR
    PCRによって
  3. of tissues to cure inheritable disease
    遺伝性疾患を治すために、組織の細胞へ
  4. all of the above
    上記のすべて
Solution解き方
C
C
Exercise 5問題 5
Insulin produced by molecular cloning:
分子クローニングによって作られたインスリンについて、正しいのはどれか。
  1. is of pig origin
    ブタに由来する。
  2. is a recombinant protein
    組換えタンパク質である。
  3. is made by the human pancreas
    ヒトの膵臓で作られる。
  4. is recombinant DNA
    組換えDNAである。
Solution解き方
B
B
Exercise 6問題 6
Bt toxin is considered to be ________.
Bt毒素は、________であると考えられる。
  1. a gene for modifying insect DNA
    昆虫のDNAを改変するための遺伝子
  2. an organic insecticide produced by bacteria
    細菌が作る、有機農業の殺虫剤
  3. useful for humans to fight against insects
    ヒトが昆虫に対抗するために役立つもの
  4. a recombinant protein
    組換えタンパク質
Solution解き方
B
B
Exercise 7問題 7
The Flavr Savr Tomato:
フレーバーセーバー・トマトについて、正しいのはどれか。
  1. is a variety of vine-ripened tomato in the supermarket
    スーパーマーケットにある、枝につけたまま熟させるトマトの一品種である。
  2. was created to have better flavor and shelf-life
    風味と保存性が向上するように作られた。
  3. does not undergo soft rot
    軟腐を起こさない。
  4. all of the above
    上記のすべて
Solution解き方
D
D

Critical Thinking Questions考察問題

Exercises 8–11練習問題 8–11
Exercise 8問題 8
Describe the process of Southern blotting.
サザンブロッティングの過程を説明せよ。
Solution解き方
Southern blotting is the transfer of DNA that has been enzymatically cut into fragments and run on an agarose gel onto a nylon membrane. The DNA fragments that are on the nylon membrane can be denatured to make them single-stranded, and then probed with small DNA fragments that are radioactively or fluorescently labeled, to detect the presence of specific sequences. An example of the use of Southern blotting would be in analyzing the presence, absence, or variation of a disease gene in genomic DNA from a group of patients.
英語のヒント
サザンブロッティングは、酵素で断片に切断し、アガロースゲルで泳動したDNAを、ナイロン膜へ移すことである。膜上のDNA断片を変性させて一本鎖にし、放射性物質または蛍光物質で標識した短いDNA断片をプローブとして使うことで、特定の配列の存在を検出できる。利用例としては、患者集団のゲノムDNAについて、病気の原因遺伝子が存在するかどうか、またどのような変異があるかを調べることが挙げられる。
Exercise 9問題 9
A researcher wants to study cancer cells from a patient with breast cancer. Is cloning the cancer cells an option?
ある研究者が、乳がん患者のがん細胞を研究したいと考えている。がん細胞のクローニングは、選択肢となるか。
Solution解き方
Cellular cloning of the breast cancer cells will establish a cell line, which can be used for further analysis
英語のヒント
乳がん細胞を細胞クローニングすると、さらに分析するために使える細胞株を樹立できる。
Exercise 10問題 10
How would a scientist introduce a gene for herbicide resistance into a plant?
科学者は、除草剤耐性遺伝子を植物へどのように導入できるか。
Solution解き方
By identifying an herbicide resistance gene and cloning it into a plant expression vector system, like the Ti plasmid system from Agrobacterium tumefaciens. The scientist would then introduce it into the plant cells by transformation, and select cells that have taken up and integrated the herbicide-resistance gene into the genome.
除草剤耐性遺伝子を特定し、Agrobacterium tumefaciensのTiプラスミド系のような植物用発現ベクター系へクローニングする。その後、形質転換によって植物細胞へ導入し、除草剤耐性遺伝子を取り込んでゲノムへ組み込んだ細胞を選ぶ。
Exercise 11問題 11
If you had a chance to get your genome sequenced, what are some questions you might be able to have answered about yourself?
自分のゲノムの塩基配列を決定してもらう機会があったら、自分についてどのような問いの答えが得られるだろうか。
Solution解き方
What diseases am I prone to and what precautions should I take? Am I a carrier for any disease-causing genes that may be passed on to children?
英語のヒント
自分はどのような病気にかかりやすく、どんな予防措置を取るべきか。子どもに受け継がれる可能性のある病気の原因遺伝子を保有しているか。
antibiotic resistance
抗生物質耐性
ability of an organism to be unaffected by an antibiotic's actions
生物が抗生物質の作用の影響を受けない能力。
biotechnology
バイオテクノロジー
use of biological agents for technological advancement
技術の進歩のために、生物学的な作用をもつものを利用すること。
cellular cloning
細胞クローニング
production of identical cell populations by binary fission
二分裂によって、同一の細胞集団を作ること。
clone
クローン
exact replica
正確な複製。
foreign DNA
外来DNA
DNA that belongs to a different species or DNA that is artificially synthesized
別の種に由来するDNA、または人工的に合成されたDNA。
gel electrophoresis
ゲル電気泳動
technique used to separate molecules on the basis of size using electric charge
電荷を利用して、分子を大きさに基づいて分離する技術。
gene targeting
遺伝子ターゲティング
method for altering the sequence of a specific gene by introducing the modified version on a vector
改変した型をベクターに載せて導入することで、特定の遺伝子の配列を変える方法。
gene therapy
遺伝子治療
technique used to cure inheritable diseases by replacing mutant genes with good genes
変異した遺伝子を正常な遺伝子に置き換え、遺伝性疾患を治す技術。
genetic diagnosis
遺伝子診断
diagnosis of the potential for disease development by analyzing disease-causing genes
病気の原因遺伝子を分析して、病気が発症する可能性を診断すること。
genetic engineering
遺伝子工学
alteration of the genetic makeup of an organism
生物の遺伝的構成を変えること。
genetic testing
遺伝子検査
process of testing for the presence of disease-causing genes
病気を引き起こす遺伝子が存在するかどうかを検査する過程。
genetically modified organism (GMO)
遺伝子組換え生物（GMO）
organism whose genome has been artificially changed
ゲノムが人工的に変更された生物。
host DNA
宿主DNA
DNA that is present in the genome of the organism of interest
対象となる生物のゲノムに存在するDNA。
lysis buffer
溶解バッファー
solution to break the cell membrane and release cell contents
細胞膜を壊し、細胞の内容物を放出させる溶液。
molecular cloning
分子クローニング
cloning of DNA fragments
DNA断片のクローニング。
multiple cloning site (MCS)
マルチクローニングサイト（MCS）
site that multiple restriction endonucleases can recognize
複数の制限エンドヌクレアーゼが認識できる部位。
Northern blotting
ノーザンブロッティング
transfer of RNA from a gel to a nylon membrane
RNAをゲルからナイロン膜へ移すこと。
polymerase chain reaction (PCR)
ポリメラーゼ連鎖反応（PCR）
technique to amplify DNA
DNAを増幅する技術。
probe
プローブ
small DNA fragment to determine if the complementary sequence is present in a DNA sample
DNA試料中に相補的な配列があるかどうかを調べるための、短いDNA断片。
protease
プロテアーゼ
enzyme that breaks down proteins
タンパク質を分解する酵素。
recombinant DNA
組換えDNA
combining DNA fragments that molecular cloning generates that do not exist in nature; also a chimeric molecule
分子クローニングで作ったDNA断片を組み合わせた、自然界には存在しないDNA。キメラ分子ともいう。
recombinant protein
組換えタンパク質
a gene's protein product derived by molecular cloning
分子クローニングによって得られる、遺伝子のタンパク質産物。
reproductive cloning
生殖クローニング
entire organism cloning
生物個体全体のクローニング。
restriction endonuclease
制限エンドヌクレアーゼ
enzyme that can recognize and cleave specific DNA sequences
特定のDNA配列を認識して切断できる酵素。
reverse genetics
逆遺伝学
method of determining the gene's function by starting with the gene itself instead of starting with the gene product
遺伝子産物ではなく遺伝子そのものから出発して、遺伝子の機能を明らかにする方法。
reverse transcriptase PCR (RT-PCR)
逆転写酵素PCR（RT-PCR）
PCR technique that involves converting RNA to DNA by reverse transcriptase
逆転写酵素によってRNAをDNAへ変換する過程を含むPCR技術。
ribonuclease
リボヌクレアーゼ
enzyme that breaks down RNA
RNAを分解する酵素。
Southern blotting
サザンブロッティング
DNA transfer from a gel to a nylon membrane
DNAをゲルからナイロン膜へ移すこと。
Ti plasmid
Tiプラスミド
plasmid system derived from Agrobacterium tumefaciens that scientists have used to introduce foreign DNA into plant cells
Agrobacterium tumefaciensに由来し、植物細胞へ外来DNAを導入するために使われてきたプラスミド系。
transgenic
トランスジェニック
organism that receives DNA from a different species
別の種からDNAを受け取った生物。