遺伝子組換え

何らかの細胞から取り出したDNAを、宿主細胞に導入して大量に発現させる技術を遺伝子組換えと呼ぶ。
遺伝子組換えによって、ヒトのホルモン（インスリンや成長ホルモンなど）のように有用で大量の入手が困難な物質を、大腸菌などに合成させることが可能になった。

遺伝子組換えで用いる小道具とテクニック

• 制限酵素：遺伝子組換えのためには、まずは目的とするDNAを細胞から取り出す必要がある。そのために使うのが制限酵素である。制限酵素は、DNAを切断する「はさみ」の役割をしている。制限酵素にはBam HI、Eco RI、Pst Iなど多くの種類があり、それぞれがDNA上の特定の塩基配列を切断する。さまざまな細菌は、制限酵素を使ってファージの感染を「制限」していることからこの命名となった。

• ベクター：必要なDNA断片を宿主細胞に運んでくれる「乗り物」としてはたらくのがベクターと呼ばれる小さなDNAである。ベクターには自己複製能力があるため、入手したDNA断片を組み込んでおけば、宿主細胞内で勝手に増殖し、目的のDNAを増やしてくれる。

• プラスミド：ベクターとして良く用いられるのが、プラスミドと呼ばれるDNAである。プラスミドは、細菌などが持つ本体のDNAとは別に、細胞質中に持っている小さなDNAである。プラスミドは通常、細胞の生存にとって必ずしも必須なものではないが、その自己複製能力によって増殖し、細胞分裂のときは子孫へと受け継がれる。

• リガーゼ：目的のDNAをベクターに組み込むための「のり」の役割をする酵素がリガーゼである。リガーゼがはたらくためには、組み込ませようとしているDNAの「切断面」が互いに相補的になっている必要がある。DNAの切断面が異なれば、相補的塩基対が形成されないからである。そのため、ベクターのほうもあらかじめ、目的のDNAを切り出すときに用いたのと同じ制限酵素で切断しておかなければならない。その後、目的のDNA・ベクター・リガーゼをすべて混ぜて反応させれば、組み込みは完了する。

• 電気泳動：制限酵素で切断したDNAやベクターDNAの大きさ（分子量）を知りたい場合には、（ゲル）電気泳動という手段を用いる。電気泳動では、高分子の糖類などから作るゲルに電圧をかけておく。そして、そのゲルの中にDNAを入れると、DNAはマイナスの荷電しているためにプラス極に向かって移動することになる。その際DNAは、ゲルを構成する高分子の編み目をすり抜けるように移動しなければならないため、分子量の小さなDNAほど早く移動し、分子量の大きなDNAほどあまり移動しないことになる。この移動速度の差で目的のDNAの分子量を推定するのである。

宿主への遺伝子の導入

目的のDNAを組み込んだベクターと宿主細胞（大腸菌など）と混ぜ合わせれば、ベクターは自然に大腸菌に吸収される。
ベクターを吸収した大腸菌は、ベクターを複製しながら細胞分裂を繰り返して増殖し、目的のDNAから合成されるタンパク質が、その増殖分だけ大量に入手できることになる。