第17章バイオテクノロジーとゲノミクス
Microbial Genomics: Creation of New Biofuels微生物ゲノミクス:新しいバイオ燃料の創出
Knowledge of the genomics of microorganisms is being used to find better ways to harness biofuels from algae and cyanobacteria. The primary sources of fuel today are coal, oil, wood, and other plant products, such as ethanol. Although plants are renewable resources, there is still a need to find more alternative renewable sources of energy to meet our population’s energy demands. The microbial world is one of the largest resources for genes that encode new enzymes and produce new organic compounds, and it remains largely untapped. Microorganisms are used to create products, such as enzymes that are used in research, antibiotics, and other antimicrobial mechanisms. Microbial genomics is helping to develop diagnostic tools, improved vaccines, new disease treatments, and advanced environmental cleanup techniques.
英語のヒント
微生物ゲノミクスの知識は、藻類やシアノバクテリアからバイオ燃料をよりよく得る方法を探すために使われている。現在の主な燃料源は、石炭、石油、木材、エタノールなどの植物由来の産物である。植物は再生可能な資源だが、人類のエネルギー需要を満たすには、さらに別の再生可能エネルギー源を見つける必要がある。微生物の世界は、新しい酵素をコードし、新しい有機化合物を作る遺伝子の最大級の供給源の一つであり、その大部分はまだ活用されていない。微生物は、研究に使う酵素、抗生物質、その他の抗菌の仕組みなどを生み出すために使われる。微生物ゲノミクスは、診断ツール、改良されたワクチン、新しい治療法、高度な環境浄化技術の開発に役立っている。
Mitochondrial Genomicsミトコンドリアゲノミクス
Mitochondria are intracellular organelles that contain their own DNA. Mitochondrial DNA mutates at a rapid rate and scientists often use it to study evolutionary relationships. Another feature that makes studying the mitochondrial genome interesting is that the mitochondrial DNA in most multicellular organisms passes from the mother during the fertilization process. For this reason, scientists often use mitochondrial genomics to trace genealogy.
英語のヒント
ミトコンドリアは、独自のDNAを含む細胞内小器官である。ミトコンドリアDNAは速い速度で変異するため、進化上の関係を研究する際によく使われる。ミトコンドリアゲノムの研究を興味深いものにするもう一つの特徴は、多くの多細胞生物で、ミトコンドリアDNAが受精の過程で母親から受け継がれることである。このため、系譜をたどるためにもミトコンドリアゲノミクスがよく使われる。
Experts have used information and clues from DNA samples at crime scenes as evidence in court cases, and they have used genetic markers in forensic analysis. Genomic analysis has also become useful in this field. The first publication showcasing the first use of genomics in forensics came out in 2001. It was a collaborative attempt between academic research institutions and the FBI to solve the mysterious cases of anthrax communicated via the US Postal Service. Using microbial genomics, researchers determined that the culprit used a specific anthrax strain in all the mailings.
英語のヒント
専門家は、犯罪現場のDNA試料から得られた情報や手がかりを裁判の証拠に使い、遺伝マーカーを法科学の分析に用いてきた。ゲノム解析も、この分野で役立つようになった。法科学にゲノミクスを初めて利用したことを示す最初の論文は、2001年に発表された。これは、米国郵政公社を通じて送られた炭疽菌による謎の事件を解決しようとする、学術研究機関とFBIの共同の取り組みだった。研究者は微生物ゲノミクスを使い、犯人がすべての郵送物に特定の炭疽菌株を使ったことを明らかにした。
Genomics in Agriculture農業におけるゲノミクス
Genomics can reduce the trials and failures involved in scientific research to a certain extent, which could improve agricultural crop yield quality and quantity. Linking traits to genes or gene signatures helps improve crop breeding to generate hybrids with the most desirable qualities. Scientists use genomic data to identify desirable traits, and then transfer those traits to a different organism. Researchers are discovering how genomics can improve agricultural production's quality and quantity. For example, scientists could use desirable traits to create a useful product or enhance an existing product, such as making a drought-sensitive crop more tolerant of the dry season.
英語のヒント
ゲノミクスは、科学研究に伴う試行錯誤をある程度減らすことができ、それによって農作物の収穫の質と量が向上する可能性がある。形質を遺伝子や遺伝子の特徴的なパターンと結びつけることは、最も望ましい性質をもつ雑種を作るための品種改良に役立つ。科学者はゲノムデータを使って望ましい形質を特定し、それを別の生物へ移す。研究者たちは、ゲノミクスが農業生産の質と量をどのように改善できるかを見いだしつつある。例えば、望ましい形質を利用して有用な産物を作ったり、既存のものを改良したりできる。干ばつに弱い作物を、乾季により耐えられるようにすることなどが挙げられる。
Section Summaryこの節のまとめ
Imagination is the only barrier to the applicability of genomics. Researchers are applying genomics to most fields of biology. They use it for personalized medicine, prediction of disease risks at an individual level, studying drug interactions before conducting clinical trials, and studying microorganisms in the environment as opposed to the laboratory. They are also applying it to developments such as generating new biofuels, genealogical assessment using mitochondria, advances in forensic science, and improvements in agriculture.
英語のヒント
ゲノミクスの応用範囲を制限するものは、想像力だけである。研究者は、生物学のほとんどの分野へゲノミクスを応用している。個別化医療、個人の病気のリスク予測、臨床試験前の薬の相互作用の研究、実験室ではなく環境中での微生物研究に用いられる。新しいバイオ燃料の生成、ミトコンドリアを使った系譜の評価、法科学の進歩、農業の改善などにも応用されている。
Visual Connection Questions図を使った問題
Exercises 23練習問題 23
Exercise 23問題 23
Figure 17.15 In 2011, the United States Preventative Services Task Force recommended against using the PSA test to screen healthy people for prostate cancer. Their recommendation is based on evidence that screening does not reduce the risk of death from prostate cancer. Prostate cancer often develops very slowly and does not cause problems, while the cancer treatment can have severe side effects. The PCA3 test is more accurate, but screening may still result in people who would not have been harmed by the cancer itself suffering side effects from treatment. What do you think? Should healthy people be screened for prostate cancer using the PCA3 or PSA test? Should people in general be screened to find out if they have a genetic risk for cancer or other diseases?
図17.15 2011年、米国予防医療専門委員会は、健康な人の前立腺がん検診にPSA検査を使わないよう勧告した。この勧告は、検診が前立腺がんによる死亡リスクを減らさないという証拠に基づいている。前立腺がんはしばしば非常にゆっくり進行し、問題を起こさないが、がんの治療には重い副作用がありうる。PCA3検査はより正確である。しかし検診によって、がん自体からは害を受けなかったはずの人が、治療の副作用に苦しむ結果になる可能性は残る。あなたはどう考えるか。健康な人は、PCA3検査やPSA検査による前立腺がん検診を受けるべきか。一般の人々は、がんやほかの病気の遺伝的なリスクがあるかどうかを調べる検診を受けるべきか。
Solution解き方
Figure 17.15 There are no right or wrong answers to these questions. While it is true that prostate cancer treatment itself can be harmful, many men would rather be aware that they have cancer so they can monitor the disease and begin treatment if it progresses. And while genetic screening may be useful, it is expensive and may cause needless worry. People with certain risk factors may never develop the disease, and preventative treatments may do more harm than good.
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図17.15 これらの問いに、正解や不正解はない。前立腺がんの治療自体が有害となりうることは確かだが、多くの男性は、がんをもっていると知っておく方を望むだろう。病気の経過を見守り、進行すれば治療を始められるためである。また、遺伝子によるスクリーニングは有用かもしれないが、費用が高く、不必要な心配を引き起こすこともある。特定のリスク要因をもつ人が、その病気を一度も発症しない場合もあり、予防的治療が利益より大きな害をもたらす可能性もある。