くり返し聞きたい分子生物学講座
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くり返し聞きたい分子生物学講座

  • 坂口謙吾/著
  • 定価 2,400円+税
  • 2010年03月発行
  • A5判
  • 286ページ
  • ISBN 978-4-7581-2011-1
  • 販売状況: 注文可能(在庫あり)
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「メンデルの法則を化学で説明できますか?」「癌に効く抗生物質はなぜない?」など,独自の観点から分子生物学を柔らかく噛み砕いた入門書.なるべく専門用語を使わず,高校で生物を履修していない人もよくわかる!

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目次

第1章 分子生物学,癌など難病,そして唐突に「進化」との繋がり

  • まずは身近なテーマから…
  • 生物学の基本概念を理解しよう
  • 抗生物質−進化によって生まれた選択毒
  • 癌に効く抗生物質もあるのか?
  • 細胞膜と自己増殖
  • 癌特効薬開発のキーポイント
  • もし癌が完治できるようになったら?
  • 薬開発におけるバイオビジネスがもつ可能性

第2章 メンデルの法則を化学的に説明できますか?〜分子生物学(分子遺伝学)の考え方の土台〜

  • まずは遺伝学をちゃんと理解しよう
  • メンデルの法則を化学的に説明できますか?
  • 「化学的」と「生物学的」の考え方の違い
  • メンデルの遺伝の法則
  • 家族なのにメンデルの法則が当てはまらない?
  • 何でもかんでも対立遺伝子
  • 染色体は遺伝子を乗せた舟である
  • さていよいよメンデルの法則の化学的な解説

第3章 遺伝子,DNA,突然変異

  • 遺伝子の実体探しの歴史
  • 物理学からのアプローチ
  • 遺伝子= DNA の証明
  • DNA とは何か
  • DNA は長いヒモ状の物質である
  • 人のDNA のうち遺伝暗号はたった1割
  • 遺伝子に傷がつくと突然変異が起こる
  • 小さな突然変異が積み重なると…
  • DNA の変異はなぜ起きる?
  • RNAとは何か
  • RNA の種類
  • 発生と遺伝子の関係

第4章 DNA を増やすしくみとキズ治し

  • DNA の複製のあらまし
  • DNA 複製のための化学合成反応
  • DNA 複製のはじまり
  • DNA 合成の伸長反応
  • DNA 複製にミスは起きないのだろうか?
  • 1本のDNA のあちこちで複製が行われている
  • DNA の修復
  • DNA 損傷と修復
  • DNA 損傷を起こすその他の原因
  • DNA のキズの治し方

第5章 細胞,染色体,細胞分裂

  • 細胞の構造
  • 細胞分裂時には染色体が現れる
  • 染色体とは
  • 細胞は周期をもって分裂する
  • 姉妹染色分体=姉妹DNA
  • 染色体の微細構造
  • 染色体中の遺伝子は偏って分布している
  • 塩基配列には複雑なのと単純なのがある
  • DNA の反復配列
  • 無駄なDNA にも意味はある
  • DNA複製は染色体のあちこちで起こっている

第6章 進化はどうやって起こった?

  • 遺伝学と進化の考え方の違い
  • 突然変異の第一歩:DNA 上の傷
  • 染色体の数と異種間交雑
  • 進化の中で染色体の数は増えていった
  • 交雑と重複のくり返し
  • 発生時のエラーによる染色体の倍加
  • 細胞分裂時に一部の染色体の数が増える
  • いらない染色体は減らそう
  • 環境に適応しながら染色体の数は増えてきた
  • 重複と多型化による進化

第7章 遺伝子で見えてくる進化のカラクリ〜平安時代にあなたの祖先は800 兆人?〜

  • 生物の系統と分類
  • 多細胞生物は生殖のための細胞が分業している
  • 太古のトンボはゆっくり飛んでいた?
  • 分子進化
  • 進化中立説
  • 進化系統樹
  • 生存競争と進化

第8章 どうして親は2人いるのか?

  • 親の精子や卵子の染色体の数は半分しかない
  • 同じでない細胞同士が合体した方が有利
  • 真核生物の登場
  • 細胞分裂の前にはDNA は2倍に増える
  • 減数分裂時に染色体の組換えが起きる
  • 組換えにより親と少し異なる遺伝子ができる
  • オスとメスの区別,オスのでき方・メスのでき方
  • Y 染色体があればオスになるのか?
  • 性の決定機構
  • Y 染色体の役割

第9章 分子から見た減数分裂のしくみ

  • 減数分裂の特徴
  • 減数分裂の詳しいプロセス
  • 減数分裂の鍵:遅延
  • DNA 合成
  • 相同染色体の対合が起こるメカニズム
  • 染色体組換え時の傷を修復するDNA 合成
  • ディアキネシス期以降のプロセス

第10章 進化でひもとく発生のしくみ

  • 動物の初期発生
  • 38 億年の進化のプロセスをくり返す発生
  • 植物ではどうか?
  • 発生が進むにつれ細胞が分化する
  • 嚢胚期とクラゲは似ている
  • 胚葉の由来が同じなら親戚同士
  • 植物同士の構造の比較
  • 進化と遺伝子と身体の器官
  • 植物や菌類の減数分裂とその起源
  • 遺伝病
  • 遺伝病とメンデルの法則
  • 癌になりやすい体質をもつ人

第11章 遺伝子を眼で見る〜染色体の組換えと遺伝子地図〜

  • ショウジョウバエの巨大染色体
  • ショウジョウバエは癌研究材料にうってつけ
  • 日本人は実はみな親戚同士だった?
  • 染色体の組換えと遺伝子地図

第12章 DNA 修復のしくみは神経・免疫でも活躍していた

  • DNA ポリメラーゼ
  • DNA ポリメラーゼと神経系・免疫系
  • DNA 組換えが産んだ抗体の多様性
  • 中枢神経の記憶素子にDNA は関係しているのか?
  • 短期記憶はRNA,長期記憶はDNA が担う?

第13章 遺伝子組換えはアブナイか?〜クローンと再生医療のはなし〜

  • 異種生物間の人工的遺伝子組換え
  • 遺伝子操作の道具たち
  • 遺伝子組換え作物の誕生
  • 遺伝子操作も進化の一形態にすぎない
  • クローン生物=同じ遺伝子をもつ生物
  • 一生増え続ける再生組織の細胞
  • 植物には分化全能性はあるが,動物にはない
  • 再生医療による臓器移植の夢

第14章 癌はどうやって起きる? どうやって治す?

  • 固形癌に効く制癌剤はあるか?
  • 固形癌の中には薬が浸透しにくい
  • 副作用のない制癌剤探しの方向性
  • 発癌源の代表格,紫外線
  • 癌の元になる体内の損傷
  • 突然変異と発癌
  • 癌を治すにはどう考えるべきか(現状)
  • 制癌剤研究の問題点
  • 癌を治すにはどう考えるべきか(私案)

第15章 常識外しの薬の見つけ方

  • 実験動物を使った薬探し
  • ターゲットスクリーニング(標的探索法)
  • 身体の中のバランス型ブレーキ物質
  • 進化や発生から見た薬と身体
  • 糖鎖は細胞膜のマジックテープである
  • 糖鎖を応用した薬探し
  • 糖鎖工学研究の難点と打開策
  • 毛細血管の新生を応用した癌治療

第16章 老化と寿命〜人は何歳まで生きられるか?〜

  • 平均寿命はどこまで延ばせるか?
  • 老化を防ぐ方法はあるか?
  • 染色体の寿命を決めるもの−テロメア
  • テロメアを引き延ばすテロメラーゼ
  • 寿命を決めるもう1つの要素−活性酸素

第17章 心や記憶はバイオで解き明かせるか

  • 自分という存在の認識,意識とは?
  • クローン人間を創っても元の人間は復活しない
  • 記憶を司る遺伝子も単細胞生物から進化した?
  • おわりに

Column

ゴジラは地球の重力下では生存できない?

減数分裂研究の壁

『第5章 細胞,染色体,細胞分裂』より抜粋

細胞の構造

5章図1

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DNAは身体の中のいったいどこにあるのか? どんな状態でいるのか? 身体を切り裂いて中身を見ることから始めよう.外から「見る」のは,身体があまりにも複雑で化学で分析できないからである.切って肉眼で見るだけでは,身体の構造はあまりにもミクロでできており,詳しくはわからないので拡大して見るために顕微鏡を使う.

一切の先入観なく見ていると,全ての生き物に共通するモノは細胞である.単細胞生物はもちろん1個の細胞で全身ができている.多細胞生物(高等生物)は細胞がたくさん集まって1つの個体の形を創っている.DNAはどの生き物にもあるから,細胞の中にある.

図1は細胞の中を模式的に簡単に描いた図である.その中にはいろいろな構造物がある.核とかミトコンドリアなどで,これらを細胞内器官という.ミトコンドリアも少量のDNAをもっているが,DNAの大部分は核に集まっている.この核というのは簡単に染めることができるので,昔から精密に観察されてきた.生き物の増殖とは細胞が分裂して増えることである.分裂する直前にはDNAも複製しており,分裂してできる2つの娘細胞(後述)用に準備完了している.

細胞分裂時には染色体が現れる

5章図2

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分裂するときに核はどうなっているのだろう? 図2に描いたとおり,分裂するときには核は消えて,ヒモのようなものがいくつか現れる.そこで,このヒモを染色体と名付けた.各々のヒモをつぶさに見ると,一カ所だけ塊の部分がある(これを動原体と呼ぶ).ちなみに染色体には動原体を交点としたX型のもの(メタセントリック染色体)とV型(テロセントリック染色体)のものがある.そして細胞が分裂する直前,その交点が二つに割れ,左右に分かれていく.つまり半分になる.そこで,分かれる前に動原体でくっついていたものどうしを姉妹染色分体と呼んでいる.しばらくすると分かれた間に仕切りができ(植物の場合.動物の場合は細胞が真ん中でくびれる)細胞も二つになる.その際にはヒモ(この場合は,染色体ではなく,姉妹染色分体の片割れ)は消え,核に戻る.ヒモも簡単に染色できるので,メンデルの法則が再発見される前から観察が盛んだった.核はどの生物を見ても,ただの丸い塊で同じである.しかし,ヒモの方は形や数が種によって違うものが多い.

*続きは本書でご覧ください

『第11章 遺伝子を眼で見る〜染色体の組換えと遺伝子地図』より抜粋

ショウジョウバエの巨大染色体

ところで話は変わるが,こういうバイオの話にはそこら中に,やれ,遺伝子だ,DNAだ,身体を創る設計図だ,遺伝暗号だなどという言葉が出てくる.実際問題,遺伝子ってどんなものなのか?

遺伝子1個1個までを染め分けて顕微鏡で見ることができれば,遺伝子というものが大変にわかりやすくなる.そんな都合のよいものはないのだろうか? うまい具合に,実際に,遺伝子が見える生き物がいるのである.

11章図1

クリックして拡大

それは意外と身近なところにいる生き物なのである.小さなハエ,ショウジョウバエである.腐ったバナナを特に好む傾向があるので英語ではFruit Flyなどと呼ばれている.このハエの染色体の話ではないので早合点しないでいただきたい.ショウジョウバエの唾液を作る臓器(ダ腺)の中の染色体だけの話である.同じショウジョウバエでも他の身体の組織の細胞の染色体は,参考にもならないくらい小さい.

そもそも,人は食べ物を口に運び,まず唾液を混ぜてよく噛み,そのあと食物を胃に送って消化する.そして,それを腸で吸収することによって全身に運び,生きている.脊椎動物では例外なくそうである.そういう先入観をまず拭おう.ショウジョウバエには歯もなければ胃袋もないのである.どうしているのか? 唾液だけは作れる.だから,人から見たら身体の大きさに似合わず,もう恐ろしいくらいにたくさんの唾液をまず製造する.次に食物の上に停まり,その唾液をドーッと食物の上に吐き出す.しばらく放置して後,唾液で消化されたと思われる食物のジュースをズズーッと全部吸い込むのである.つまり外部を胃袋代わりにして消化するのである.人の観点で見ると非常に汚い.もう想像するだに身の毛がよだつ.この食い物が糞尿だと思ったりすると,もう震えがくるくらいに嫌になるが,それは人間の勝手にすぎない.ショウジョウバエにとっては至福の時間である.

するとこの際の大きな問題は,唾液を異常にたくさん年中生産しなくてはならないことである.ダ腺が大きくなる必要がある.実際にかなり大きい.しかしショウジョウバエそのものが小さいので,なかなか用が足りない.たくさん同じものを細胞の中で製造する最も手っ取り早い方法は,唾液の成分を作る遺伝子だけ増やしてやればよい.実際そういう現象は,多くの生き物で観察されている(遺伝子の重複あるいは遺伝子の多重化と呼ぶ).要するにその遺伝子部分のDNAだけが並んでドッとあるのである.ところが生き物によっては,これ以外に妙な方法で遺伝子を増やす場合もある.ショウジョウバエのダ腺の場合はこれにあたる.

どういう方法かというと,DNAが細胞周期のS期で合成された後のM期を止めて,次のG1期に入ってしまうのである.つまりDNAは合成されるが分裂しないのである.細胞中のDNAは倍になる.染色体の数も倍になるはずである.しかしこの際,倍の数になった染色体は,それぞれ同じ物が離れずにびったりと平行にくっついているのである.

このように1個の細胞の中の染色体を増やしても分かれないようにしてやれば,同じ遺伝子がドッと増やせる.これを実現するために,ダ腺細胞の中だけは,成長の過程でドンドン染色体DNAが倍加するが細胞は分裂しないように発達した.もちろん細胞も増えているので,そこだけそれ以上にDNAの倍加速度を極端に早くしたのである.1個のダ腺細胞の染色体は,9回複製しても分かれないようになっている.1個の細胞の中で1,000本以上のDNAの束になってしまう.この染色体同士(この場合は染色糸同士)が分かれないようになってしまったので,束になった棒になってしまい,染色糸は折りたたまれる以前の普段の状態でも,まるでミミズの大きいような図を呈するようになってしまった(図1).顕微鏡で簡単に見ることができる.染色糸は太りすぎになってしまい,もはや細胞周期のM期がきても折りたたむことができなくなってしまった.年中この姿で観察できる.

*続きは本書でご覧ください

『Column』より抜粋

ゴジラは地球の重力下では生存できない?

以下は蛇足.ところで,突然変異の話をした以上,ゴジラの話をもっと聞きたい人は多いに違いない.SFではなく,本当に科学的な話に基づいたちょっと関係のある話をここに書こう.今では世界中でいろいろなゴジラが創られたので,同じには扱えない.ここでは最初に日本で生まれたオリジナルなゴジラの話に限定しよう.このゴジラの特徴の第一はとにかく恐竜よりも大きな陸上を動くことができる脊椎動物(ゴジラは一見では恐竜に似ているように見えるが脊椎動物の何類に属するのかは不明)ということである.もし本当に実在したら,地球が生んだ最大の陸上動物ということになる.これは放射線の被爆によって突然変異し超大型化して生じたわけだから,ゴジラの親はこんなには大きくなかったに違いない.オリジナルな日本のゴジラには砲弾が全くささらないのだから,その皮膚はものすごい厚さで,かつ極めて丈夫であるはずである.

この原点になる突然変異の遺伝学の現象はあるのか? 実は似たような話(?)があるのである.いろいろな小型の動物,例えば,ハエにはジャイアントミュータントというものがある.ある遺伝子の機能を突然変異で止めてしまうと,身体が幼虫のうちから大きくなってしまうのである.といっても,身体の長さがせいぜい2倍くらいになるだけのことですがね.でも長さが2倍になるということは体積にしてみると8倍になっていることになる.もしこれを人に換算すると4メートルくらいの身長になってしまう.やっぱり大きいですよね.

では能力や身体の機能もスーパーになっているかというと,実はそうではない.わずかな数の遺伝子の機能が止められただけの話なので,全身の身体の機能がすべてそれに対応しているわけではないのである.いや,むしろ全く対応していない.身体は大きくなったが筋肉はそれに見合って造られていないから,虚弱で非常にのろまである.他の臓器の機能も同じようなものである.ただ,身体の成長を司る遺伝子の機能が異常になったにすぎないから,病気と同じような状態なのである.でも観察している人から見れば,ひと際巨大な個体をたくさんのハエの中で発見すると,非常な驚きである.文字通りゴジラを見たときと変わらないくらいのインパクトがある.

このジャイアントミュータントというものはさほど珍しい現象でもなく,いろいろな生き物で観察されている.放射線を当てても観察されることがある.遺伝学者の間では,この現象は20世紀の前半にはすでによく知られており,ゴジラの映画が最初に制作された頃(1950年代)にはこんな知識はすでにあったのである.おそらく,ゴジラのアイデアはそのような知識を拡大解釈して作られたものなのだろうと思う.ゴジラ以後,しばらくは巨大サソリや,巨大アリが人を襲う話のようなホラー映画が多数ハリウッドで製作されたが,ゴジラのような脊椎動物より,このような節足動物の方が遺伝学的にはもっと現実に近い(?)ことなのである.

*続きは本書でご覧ください

書評・感想
  • 研究者としての深い洞察、面白い表現、自由な発想.教科書や学術論文には書けないようなアイデアが書かれていて,この手の本の重要さを感じました。講義のネタ本としても役立ちそうです.(大学研究職員)
  • 表現が非常にわかりやすいので,面白く読んでいる.(企業研究職)
  • 講義の中に盛り込むエピソードに役立てようと思っています.(大学研究職員)

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  • 【本書名】くり返し聞きたい分子生物学講座
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