遺伝子組換えタンパク質を作ってみよう

まぁ「作ってみよう」っていっても、作り方を紹介するだけで、手元に材料・試薬・実験器具なんかがないと作りようがないわけですが、「やり方を垣間見てみよう!」ということですね。

ちなみに、「組換えタンパク質」というと、何か大豆とか植物とかの遺伝子DNAの配列をいじって、人工・人造植物みたいなヤベぇもんを作り上げているのでは…という印象があるかもしれませんが、別に配列(=遺伝子の中身、アミノ酸の順番)をいじったとかは一切なくても、今回見るような別の生物にDNAを導入して作り出したタンパク質なんかも「組換えタンパク質」と呼ばれています。

というか、生命科学系の研究の世界では、その意味の方がよく使われているぐらいですね。
(もちろん、農業とかの分野ですと、「遺伝子改変」という意味での「組換えタンパク質」という語が使われることも多いと思いますが。)


…というわけで、ギネス認定激甘タンパク質・ソーマチンの組換えタンパク質を大腸菌で作るにはどうすればいいのかを例に、ざっと見てみるといたしやしょう。

(※繰り返しですが、「組換えタンパク質」といっても天然に存在するソーマチンと1ミリも違いのない、全く同じ物質になります。
 単に、「別の生き物の力を借りて作ったタンパク質」という意味ですね。)

前回ラストに書いた大まかな流れを再掲しておきます。

大腸菌にタンパク質を作ってもらおう!】

1. 作りたいタンパク質のレシピ、つまり(アミノ酸の順番が指定された)DNAをゲットする!

2. そのDNAを、大腸菌が使える形に変換する!

3. 使える形に加工したら、満を持して、DNAを大腸菌にぶち込む

4. DNAがぶち込まれた大腸菌選別

5. 選ばれた「DNAがぶち込まれた大腸菌」をひたすら増やそう

6. タンパク質合成のスイッチON

7. 満を持して、目的タンパク質の収穫

8. さすがにそのまんまでは大腸菌まみれで汚いので、キレイに精製しよう!

→見事、手元には大量の純品タンパク質が!やったね!!


では順番に見ていきましょう。

まずは「ステップ1:DNAをゲット!」ですが、第一歩目にして最重要といいますか、これさえ手に入ればあとは無限に好きなだけお好みのタンパク質を作ることが可能になります。
(誇張抜きに、一度入手すれば、永久になくなりません。なぜなら、なくなりそうになったら、自分で増やせるからです。今回は触れませんが、またいずれその辺も触れてみたいですね。)

遺伝子の入手方法ですが、これまたいくつかの方法が存在します。

一番簡単なのは、「その遺伝子をもってる生物を入手して、そいつのゲノム(全遺伝子)を抽出していただく」やり方ですね。

例えば緑色に光るタンパク質・GFPを手に入れたい場合は、光るクラゲであるオワンクラゲのゲノムを頂戴すれば、それを元手にGFPの遺伝子をいくらでも無限に増やすことが可能になります。

クラゲなんてその辺の海にいくらでも漂ってますからね、ちょっくら海岸へとドライブで赴き、ちょちょいっと波打ち際を探してやれば、余裕でゲットだぜ!となるわけっすよ。
(といってもGFPは研究でめちゃくちゃよく使われるタンパク質であり、GFP遺伝子はほぼ確実に「誰かがもうもっている」ので、隣近所の研究室に「GFPの遺伝子くださいな」といえばもらえますが、まぁ一番最初、分子生物学遺伝子工学が発展し始めた初期は本当にクラゲから取ってきた、って感じですね。)

しかし、ソーマチンはといいますと、こんなもんの遺伝子は誰ももっていないので隣近所に頼ることもできませんし、そもそもこれは何由来かといいますと、西アフリカに生息するクズウコン科の植物、タウマトコックスソーマトコッカスとも呼ぶ?)・ダニエリThaumatococcus daniellii)という木の果実から見つけ出されたタンパク質だそうです。

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Morphometric variation, genetic diversity and allelic polymorphism of an underutilised species Thaumatococcus daniellii population in Southwestern Nigeriaより

ナイジェリアっすかぁ、ちょっと遠いっすねぇ……としか思えないレア植物なので、現物ゲットは諦めざるを得ません。

しかし、まだまだ手はいくらでもあります。

ここで頼れるのは人類の叡智であり、何てことはない、ソーマチンの遺伝子情報は既に明らかにされていることに目を向ければ、話は一発なのです。

こないだの記事ではタンパク質のアミノ酸配列を貼りましたが、その並びを指示するDNAの配列の方も、当然明らかにされています。

こちらがソーマチン遺伝子の、DNA配列(ヌクレオチド、A, C, G, Tの4文字の並び)… 

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https://www.ebi.ac.uk/ena/browser/api/fasta/AB265690.1より

等幅フォントではないのでガタガタですが、1行に60文字ずつ並んでおり、開始コドンATGから停止コドンTAAまで、ソーマチンを形成するアミノ酸の並び順(を指示するDNA暗号)がバッチリと示されています。

ソーマチンは207アミノ酸なので、207×3+停止コドンの3=624塩基のDNA……こいつをどうにかゲットすればOKなわけですが、ここでも人類の叡智の力を借りれば一発で解決が可能となっています。
(なお、画像では、これプラス、後から切り取られる部分など不要な28アミノ酸分も加わり、合計235アミノ酸分が表示されていますが、まぁその部分は自分でソーマチンタンパク質を合成するときはなくてもOKですね。)

そう、実は、現代の科学技術をもってすれば、600とか700塩基とかのDNAを合成するのは、余裕のよっちゃんなのです!

…とはいっても、基本的にDNA合成は自分ではやらず、これまたそういうサービスを請け負ってくれる会社に注文を出してお願いする形になりますが、タンパク質合成より遥かによく使われるサービスであり、技術的にも難しくなく、大量の数の企業が参入していることもあって、需要も供給も多いことから質も値段も非常に高いレベル(値段は「安い」ということですね)で安定しています。

日本にもDNA合成受託会社はたくさんありますが、僕が今現在使っているのは恐らく世界最大手のIDT (Integrated DNA Technologies) で、数百塩基程度のDNA合成の価格表はこんな感じのようです。

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https://www.idtdna.com/pages/products/genes-and-gene-fragments/double-stranded-dna-fragments/gblocks-gene-fragmentsより

ソーマチンを作りたい場合、501-750 bp(base pairで「塩基対」のこと。DNAは2本鎖なので、塩基対と呼ばれます)なので、129ドル=約1万3000円ぐらいですか。

まあまあ値段は張りますが、ソーマチンが作れることを思えば、そのぐらいどうってことないでしょう(いやいつの間にそんな思い入れが生まれてんだよ(笑))。

納期(Shipped)は2-4営業日(BD;business daysですね)で、大抵3日後には手元に届いている感じですね。

これさえ手に入れれば、あとはもう基本ちょちょいのちょいっ、で全工程完了です(って、DNAを注文する方が圧倒的に指一本で済むちょちょいのちょいステップですが)。

 

なお、当たり前のようにDNAを作る所から話を始めていましたが、結局この辺が理由なんですね。

DNAの合成は今現在の人類の科学技術でも十分高い精度で可能なものであり、数千塩基の長さのDNAを作ることも余裕、しかし、タンパク質の合成は、数十アミノ酸が限界で、長いものを作ろうと思ったら、精度も収量も、当然価格も終わっている感じになるわけです(というか、200アミノ酸とかを人の手で合成するのは、先述の通り不可能)。

だから、タンパク質を作りたいときは、いちいち生物(大腸菌)の力を借りる必要があって手間はかかるけれど、現実的にはDNAで遺伝子を用意して、そのレシピ通りに大腸菌シェフにタンパク質を作ってもらうのが王道にして唯一のやり方、ってことだったんですね。


ちなみに、もしソーマチン遺伝子が(植物本体が入手できたとかで)手に入るのならば、600とか700塩基もの長さのDNAを注文する必要はなくなります。

ただし、染色体上に存在する遺伝子DNAをそのままでは大腸菌が使えませんから、必要なソーマチン遺伝子だけをピンポイントで増やしてかつ取り出す必要があるのですが、それはどうするかといいますと、ズバリ、どなたも聞いたことがあることでしょう、PCRというこれまた人類の発明した偉大なるテクニックを使うことになります。


…と、タイトルで「遺伝子組換えタンパク質を作ってみよう」と大見得を切ったくせに、相変わらず遅々として進まなかった感じですが、次回はPCRについて…と思ったけれど、とりあえず「楽しいタンパク質の作り方講座」だけ先に終わらせちゃうとしましょうか。

PCRは、これは今の世界情勢的に何となくでも知っておいた方がよい必須の教養にもなりつつある気もするので、PCRについてはその後改めて触れていこうと思います。

一応、なぜ(今回の例では無理に決まってるのに)「必要な遺伝子を、生物本体からゲノムとして入手する」やり方を第一案として挙げていたかといいますと、PCRするためには大体20塩基とかそこらのDNAが2本あればそれで十分なので、600塩基対とかの遺伝子全長DNAを注文するより、遥かに安いからですね。

参考までに、どのぐらい安上がりかだけ見ておきましょう。

今使ってるIDTは、先ほどの表は125塩基対以上の長いDNAの価格表でしたが、短いDNA(オリゴDNAとか、プライマーと呼ばれます)は、大学との契約で格安での注文が可能になっており、1塩基あたり0.16ドル=約16円とかそこらとなっています。

なので、もしソーマトコッカス・ダニエリの実や葉っぱ(ソーマチンは主に果実に含まれるようですが、DNAを抽出するには、葉っぱの方がいいかもしれませんね。別に果実でもいけると思いますけど)がゲットできてソーマチン遺伝子自体を用意できるなら、まさかの、20塩基のDNA2本=320円×2、つまり700円でお釣りが来るレベルでソーマチンDNAを無尽蔵に大量に用意できるようになるのでした。

クソ安ですね。

…ま、詳しくはまたPCRについて触れるときに語ってみようと思います。

 

というわけで今回はステップ1だけで終わってしまいましたが、その「ステップ1・DNAをゲット」は、何てことはない、DNA合成会社に、遺伝子全長の配列を伝えて「合成よろしく!」と伝えるだけなのでした。
(もちろん、本当は、植物からゲノムをゲットできればもっと安く済むし一番いいんですけどね…!)

ただ、注文するにしても、実はそのDNA配列にもう一工夫する必要があるのです。次回、続きを見ていきましょう。

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