グリフィスの実験

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形質転換の原理を発見した肺炎レンサ球菌を用いたグリフィスの実験

グリフィスの実験(ぐりふぃすのじっけん)は、1928年にフレデリック・グリフィスによって初めて行われた実験である。バクテリアにおける形質転換発見し、この過程を経て遺伝情報を転移できることを示唆した最初の実験の一つである[1][2]

実験の概要[編集]

グリフィスは病原性を持つIII-S (smooth) と病原性を持たないII-R (rough) の2種類の肺炎レンサ球菌 (strain) を用いた。III-S株の細胞多糖類でできた皮膜(莢膜)で覆われ、これで宿主免疫系から自分自身を守るため、宿主の体内で繁殖し、病気を起こせる。これに対してII-R株は多糖類の皮膜を持たず、宿主の免疫系に負けてしまうため病原性を持たない。つまりIII-S株を接種されたマウスは死ぬが、II-R株を接種されたマウスは死なない。

この実験では、III-S株のバクテリアを加熱して死滅させたものと、II-R株のバクテリアを用いた。これらはそれぞれ単独ではマウスを殺さないとが確認された。にもかかわらず両者を混ぜ合わせたものを接種した場合、マウスは発病して死亡することを彼は見いだした。さらにその死んだマウスの血からIII-SとII-R両方のバクテリアを分離した。

当初は「III-S株の加熱物に皮膜が含まれており、これをII-R株が利用することで宿主内での生存が可能になった」との可能性も考えた。しかし加えたバクテリアのうちで生きたものはII-R株のみであるから、発見されたIII-S株はII-R株の子孫でなければならない。このことからグリフィスは「III-S株の死んだものに含まれる何らかの『転換要素』が原因となって、II-R株が致死性のIII-S株に『転換』した」と結論づけた。

菌の型について[編集]

この菌の型は大きくS型とR型に分けられる。S型はその皮膜に多型があり、免疫学的に30程に区分されていて、上記のIIやIIIはそれを表す。R型は筴膜が無いのでこのような区別は無い。元々R型はS型からの突然変異によって出現し、例えばII-S型から出たR型はII-R型と称する。R型が復帰突然変異によってS型に戻る例もあるが、この場合II-R型からはII-S型が生じるので、上の実験結果を説明できない。

その意味[編集]

今日では、グリフィスが観察した『転換要素』はIII-S株のバクテリアのデオキシリボ核酸 (DNA) そのものだと分かっている。加熱処理によってバクテリアが死亡してもDNAはまだ破壊されず、II-R 株のバクテリアに取り込まれる。III-S株のDNAは免疫系から身を守る多糖類の皮膜の遺伝子を含んでいる。この遺伝子によってII-R株のバクテリアが形質転換し、宿主の免疫系から身を守り、かつ宿主を殺せるようになる。

なお、形質転換はいわゆる遺伝子操作の基本的な技法として現在も利用されている。その意味ではこの実験は遺伝子操作の最初の例と言ってもいいであろう。その内容が無毒の菌に病原性を与えたものであるのは、遺伝子操作の含む危険性という点から見ると、ある意味で極めて示唆に富むと言えよう。[要出典]

『転換要素』の正しい素性 (DNA) はのちにオズワルド・アベリーコリン・マーロウ・マクラウド (en:Colin Munro MacLeod)、マックリン・マッカーティ(en:Maclyn McCarty) による実験(en:Avery-MacLeod-McCarty experiment ) と、アルフレッド・ハーシー (en:Alfred Hershey)、マーサ・チェイス (en:Martha Chase) による実験(ハーシーとチェイスの実験)によって確認された。彼らはそれが遺伝子である可能性が高いと判断し、これを特定することに成功したが、これは遺伝子の本体がDNAであることを明瞭に示唆したごく早い例である。

関連項目[編集]

参考文献[編集]

  1. ^ Lorenz MG, Wackernagel W (1994). “Bacterial gene transfer by natural genetic transformation in the environment”. Microbiol. Rev. 58 (3): 563–602. PMID 7968924. http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pubmed&pubmedid=7968924. 
  2. ^ Downie AW (1972). “Pneumococcal transformation--a backward view. Fourth Griffith Memorial Lecture”. J. Gen. Microbiol. 73 (1): 1–11. PMID 4143929. 
  • Avery, MacLeod, and McCarty (1944). “Studies on the Chemical Nature of the Substance Inducing Transformation of Pneumococcal Types: Induction of Transformation by a Desoxyribonucleic Acid Fraction Isolated from Pneumococcus Type III”. Journal of Experimental Medicine 79 (1): 137–58. doi:10.1084/jem.79.2.137. 
(グリフィスによるオリジナルの論文を参照している。以下のリンクにて 元論文 (英語)と 35周年記念再版 (英語)を読める。)