細菌の人工染色体とは何ですか？

細菌人工染色体（BAC）は、ベクターと呼ばれるツールのクラスの1つであり、微生物学者が遺伝子を細菌（通常は大腸菌）に挿入するために使用します。 遺伝子を挿入すると、形質転換と呼ばれるプロセスで細菌の特性が変化します。 科学者はBACを使用して細菌の株を変更し、変更された細菌を変更されていない株と比較して、挿入された遺伝子が細胞生物学で果たす役割を発見できます。 科学者はすべてのベクターを同様に使用しますが、BACは競合ツールよりもはるかに多くの遺伝物質を運ぶことができる点で注目に値します。

科学者は長年にわたり、細菌の遺伝子構造を変更するためのさまざまな種類のベクターを開発してきました。 これらの大部分は、バクテリアの細胞のみに感染するウイルス、またはプラスミドと呼ばれる構造を改変することによって作成されます。 細菌の人工染色体は、多くのプラスミドベースのベクターの1つです。 プラスミドは、多くの細菌が染色体DNAに加えて含んでいるDNAの自由に浮遊するリングです。 それらは生命の独立した形態とは見なされませんが、それでも生物内の生物のように振る舞います。「生きている」細菌とは独立して繁殖することができます。

細菌の人工染色体のようなプラスミドは、エレクトロポレーションと呼ばれるプロセスを使用して細菌に挿入されます。 エレクトロポレーションには、電気ショックで細胞膜を乱すことが含まれ、これにより分子が挿入される一時的な開口部が作成されます。 BACの先駆者には、コスミドやフォスミドなどのエキゾチックな名前の修飾されたプラスミドが含まれていました。 非常に小さな遺伝子のみを挿入するのに十分な数万のDNA塩基対しか運ぶことができないため、これらの研究はしばしば不満を抱きます。

1992年に、カリフォルニア工科大学の研究者である静谷裕章が、F因子と呼ばれるプラスミドを改変することにより、最初の細菌人工染色体を作成しました。 F因子プラスミドは、遺伝的変動性と生存の可能性を高めるために、環境ストレスの期間中にDNAをある細胞から別の細胞に移すために細菌によって自然に使用されます。 その前身とは異なり、BACは数十万のDNA塩基対を持つ大きな遺伝子、または一度にいくつかの遺伝子を運ぶことができました。

多くの大規模なBACライブラリは現在、大学、民間企業、政府グループによって管理されています。 調査中の遺伝子に加えて、多くのBACには研究を容易にするツールが含まれています。 たとえば、一部のBACには、識別を容易にするために、バクテリアを青くしたり、光らせたりする遺伝子が含まれています。 一部には、特定の抗体に対して宿主を耐性にする遺伝子が含まれています。 培養物は、問題の抗体でそれらを洗い流すことにより精製することができ、BACを運ぶものを除くすべての細菌を殺します。

細菌は急速に繁殖するため、細菌人工染色体を使用して、研究のために特定の遺伝子配列を大量にクローニングすることもできます。 これにより、実験室の条件でゆっくりとまたは予測不可能に成長する生物のゲノムのより良い研究が可能になりました。 クローンを作成できることにより、効果的な抗ウイルス薬や抗菌薬をより迅速に特定できるようになり、病気の治療研究が加速しました。 また、研究と産業のために、他の生物の遺伝子改変に使用される配列のより効果的な生産を可能にしました。