クローニングとは？生物学・DNA・分子クローンの定義と事例（ドリー等）
クローニングとは？生物学やDNA・分子クローンの定義、羊ドリーなどの事例と倫理問題をわかりやすく解説
クローンとは、別の細胞や個体と同一のものを指します。
生物学では、クローニングとは、遺伝的に同一の個体を1つ以上作製することを指します。全個体の場合、通常は意図的に同一のコピーを生産することを意味します。これは、最初に哺乳類では、有名な羊のドリーで達成されました。ヒトの一卵性双生児は自然のクローンです。無性生殖の子孫や、減数分裂を伴わない近親生殖もそうです。
クローニングは一部の動物には自然に行われていますが、哺乳類ではまれです。例外は9バンドアルマジロで、通常は同一の四つ子を出産します。
遺伝学や細胞生物学では、クローニングとは、特にDNA配列を指し、意味合い的には他のすべての高分子を指します。
細胞株のクローンは発生しますが、いくつかの明白な証明があります。どのような形や形でもDNAに変化があるということは、娘細胞が母細胞と同一ではないということを意味します。典型的には、発生の過程で遺伝子のオンとオフが切り替えられ、娘細胞は徐々に成熟した組織細胞へと分化していきます。これらの細胞は元の幹細胞と同一ではないので、同じ母細胞に由来するという意味ではクローンに過ぎません。
実験室で分子をコピーして正確なコピーを作ることは、クローニングとも呼ばれています。
クローニングの主な種類
- 生殖クローン（reproductive cloning）：完全な個体を作ることを目的とします。代表的手法は体細胞核移植（SCNT: somatic cell nuclear transfer）で、ドリーはこの方法で作られました。供与卵子の細胞質とドナー体細胞の核を組み合わせて胚を作り、代理母に移植して個体を得ます。
- 治療（再生）クローン（therapeutic cloning）：患者固有の胚性幹細胞（ES細胞）や類似の多能性細胞を作り、組織や臓器の再生研究に用いる目的です。これも核移植を使うことが多いですが、近年はiPS細胞（人工多能性幹細胞）技術が代替手段として注目されています。
- 分子クローン（DNAクローニング）：特定の遺伝子やDNA断片をベクター（プラスミドやボロイドなど）に挿入し、細菌等で増幅・保存・解析する技術です。タンパク質生産や遺伝子機能解析に広く使われます。PCRでの増幅と組み合わせることも多いですが、DNAクローニングは配列の組み換えやベクター構築を伴います。
- 細胞クローン：単一の細胞から増殖させて得られた同一遺伝子背景を持つ細胞集団を指します。細胞系の単離やクローン化は、生物学的実験で均一な材料を得るために重要です。
自然界におけるクローンの例
- 一卵性双生児：受精卵が分裂して二つの個体になることで生じる自然のクローン。
- 植物の栄養繁殖：イモ･挿し木･株分けなどにより遺伝的に同一の子孫が得られる。
- 無性生殖：バイナリフィジョン（細菌）、出芽（酵母）、一部の無脊椎動物や植物で見られる。
- 特殊な例：前述の9バンドアルマジロは同一の四つ子を産む習性があり、これも自然のクローンにあたります。
技術的・生物学的な注意点
- 完全に「同一」ではない可能性：SCNTで得られる個体は核DNAはドナーと同一でも、ミトコンドリアDNA（卵提供者由来）は異なります。また、エピジェネティックな修飾（DNAメチル化、ヒストン修飾など）の違いにより表現型が変わることがあります。
- 効率と健康問題：SCNTは成功率が低く、異常胚や先天的欠損、早期死亡、老化の徴候などが報告されています（ドリーも関係する議論が多くありました）。
- クローン個体の多様性：環境や発生過程での遺伝子発現の違いにより、クローンでも成長や性質が異なることが一般的です。
分子クローンの基本手順（概略）
- 目的のDNA断片を切り出す（制限酵素やPCRなど）。
- ベクター（プラスミド等）に挿入して連結（ライゲーション）。
- 宿主細胞（通常は大腸菌）に導入して増殖（トランスフォーメーション）。
- 選択とスクリーニング（選択マーカーやシーケンスで正しいクローニングを確認）。
- 目的の発現・解析・保存などに利用。
応用例と倫理的課題
- 応用：農業での有用形質の複製、絶滅危惧種の保存研究、医療分野での同一遺伝子背景を用いた薬効検証や再生医療研究、タンパク質の大量生産（バイオ医薬）など。
- 倫理・法規制：特にヒトの生殖クローンは多くの国で禁止または厳しく制限されています。動物福祉、遺伝的多様性の減少、個体の権利・同意といった問題が議論されています。
歴史的メモ
1996年に報告された羊のドリーは、体細胞核移植で胎仔発生を再起動させ、成熟体細胞から完全な哺乳類個体を作製したことで世界的に注目を集めました。この成功はクローニング技術の可能性を示す一方で、技術的課題や倫理問題への関心も高めました。
まとめ
「クローン」は遺伝的に同一のコピーという意味で使われますが、実際にはミトコンドリアの違いやエピジェネティックな差、環境要因により完全な同一ではないことが多いです。分子レベルから個体レベルまで「クローニング」は幅広い技術と概念を含み、基礎研究・応用・倫理のそれぞれで重要な位置を占めています。
そうでもないほど同じ
クローンは同一のものから始まりますが、彼らはそのようにとどまるとは限りません。一卵性双生児は常にわずかに異なる表現型を持っています。
一卵性双生児は遺伝的にはほとんど同じですが、92組の一卵性双生児を対象とした2012年の研究では、一卵性双生児は胎児の発生初期に数百の遺伝的差異を獲得することがわかりました。これは、胚の分裂後に各双子のDNAに起こる突然変異（またはコピーエラー）によって引き起こされます。平均して、一卵性双生児のセットは、胎児の発生初期に発生した約360の遺伝的差異を持つと推定されています。しかし、これらの変化は実用的にはほとんど影響を及ぼさないかもしれません。実際には、一卵性双生児は見た目も行動も非常によく似ています。
一卵性双生児の違いのもう一つの原因は、エピジェネティックな改変です。これらは、どの遺伝子がオンになったりオフになったりするかに影響を与える、生涯を通じて異なる環境の影響によって引き起こされます。3歳から74歳までの80組の一卵性双生児を対象とした研究では、一番若い双子ではエピジェネティックな違いが比較的少ないことがわかりました。エピジェネティックな違いの数は年齢とともに増加する。50歳の双子では、3歳の双子の3倍以上のエピジェネティックな違いがあった。人生を離れて過ごした双子（例えば、出生時に異なる両親に養子に出された双子）は、最も大きな差がありました。しかし、IQや性格など、双子の年齢が上がるにつれて似てくる特徴があります。この現象は、人間の特徴や行動の多くの面で遺伝学が影響していることを示しています。
クローン化された種
- コイ1963年）中国で、発生学者のトン・ディズーが、オスの鯉の細胞のDNAをメスの鯉の卵に挿入して、世界で初めてクローン魚を作った。その成果を中国の科学雑誌に発表しました。
- マウス: (1986) マウスは、初期胚細胞からのクローニングに成功した最初の哺乳類でした。ソビエトの科学者チャイラキヤン、ヴェプレンスフ、スビリドワ、ニキティンは、マウス「マーシャ」のクローンを作成した。研究は雑誌「バイオフィジカ」の第5巻「ХХII」1987年5号に発表された。
- ヒツジ(1996) Steen Willadsenによる初期胚性細胞から。メーガンとモラグ[19]は1995年6月に分化した胚性細胞から、ドリー・ザ・ヒツジは1997年に体細胞からクローン化した。
- サルのこと。(2000) テトラ、胚分裂から。
- ガウル：（２００１年）は、絶滅危惧種として初めてクローン化された。
- 牛。アルファとベータのオス 2001 年と 2005 年、ブラジル。
- 猫：CopyCat "CC"（メス、2001年後半）、Little Nicky、2004年、商業的な理由で最初にクローン化された猫。
- 犬のこと。(2005年) アフガンハウンドのオス、スヌッピーは最初のクローン犬でした。
- ラット(2003年) ラルフ、最初のクローンラット。
- ミュール。(2003年)ジョンミュールのアイダホジェムは、馬系初のクローン。
- 馬のこと。(2003年)ハフリンガー産駒のプロメテアが初の馬のクローン。
- 水牛。2009年）サムルパは最初のクローン水牛でした。インドのカルナル国立日記研究所で生まれましたが、5日後に肺炎で死亡しました。
- ラクダ(2009年) クローン化された最初のラクダ。
- カニを食べるサル(2018年) 科学者たちが胚よりも古いドナーからの細胞を使って、あらゆる猿やサルのクローンを作ったのは初めてのこと。
質問と回答
Q:クローンとは何ですか?
A:クローンとは、遺伝的に同一の個体を一つ以上作り出すプロセスのことです。ドーリー羊のように意図的に同一個体を作り出すこともあれば、人間の一卵性双生児や無性生殖による子孫のような自然クローンを指すこともあります。
Q:遺伝学や細胞生物学において、クローニングはどのように行われるのですか?
A:遺伝学と細胞生物学において、クローニングとは特にDNA配列のことであり、他のすべての高分子のことを意味します。DNAがどのような形であれ変化すると、娘細胞は母細胞と同一ではなくなるのです。通常、発生過程で遺伝子がオン・オフされ、娘細胞は元の幹細胞とは異なる成熟した組織細胞へと分化していきます。
Q:哺乳類にクローン技術はあるのですか?
A:クローニングは、ある種の動物にとっては自然なことですが、哺乳類ではまれです。例外は九官鳥のアルマジロで、通常、一卵性の四つ子が生まれます。
Q:分子のクローンを作る実験的な手法はあるのですか?
A:はい、実験室で分子をコピーして正確なコピーを作ることをクローニングと呼びます。
Q:すべてのクローンは、お互いの完全な複製なのですか?
A: いいえ。DNAに変更が加えられると、娘細胞は、たとえ元々母細胞から生まれたとしても、必ずしもその細胞の完全な複製にはなりません。発生の過程で遺伝子がオン・オフされ、娘細胞と元の幹細胞との間で分化が起こりますので、正確な複製とは言えなくなるのです。
Q:ドーリー羊はクローン羊の一種ですか?
A: はい、ドリーは体細胞核移植（SCNT）という技術を使ってクローン化されたことで有名です。これは、哺乳類のクローンとしては史上初の成功例です。
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