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蛋白質核酸酵素:組換え植物による医薬品の生産

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蛋白質核酸酵素:組換え植物による医薬品の生産
Ⅰ
解説
組換え植物による医薬 品の生産
岡田吉美
遺伝子組換え植物を利用する次世代の産業として,まったく新しい視点に立った農業が
生まれつつある.それは植物を食糧として考えるのではなく,高度なバイオリアクターと
して利用 し,医薬品のような有用物質を生産しようという農業である.このような農業は
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分子農業とよばれる.すでに病原性大腸菌のエンテロトキシンを発現するジャガイモが"食
べるワクチン”として有効であることが実証され,またトウモロコシなどで生産された抗
体が,がん治療の臨床実験に入っている. しかし日本では,医学 ・農学の研究者たちの立
ち上がりが遅れている.
【組 換 え植 物 】 【分 子 農 業 】 【食 べ る ワ ク チ ン 】
は じめ に
組 換 えDNA技
術 を利 用 す る こ とに よっ て ,
い っ た 高 度 の 技 術 力 や 膨 大 な 資 金 を必 要 と し な い . ま
ま っ た く新 しい 育 種 技 術 が 生 まれ た . そ れ は, 有 用 な
た 生 産 規 模 の 拡 大 ・縮 小 は , 耕 地 面 積 の 増 減 に よ っ て
遺 伝 子 のDNAを
簡 単 に 対 応 す る こ とが で き る . した が っ て 生 産 コ ス ト
ほ か の 生 物 か ら取 り出 し植 物 細 胞 のゲ
ノ ム に組 み 込 ん で , 新 しい 形 質 を も っ た植 物 を つ く り
を格 段 に低 く抑 え る こ とが 可 能 で あ る . また 製 品 に相
出 す とい う技 術 で あ る. こ の技 法 に よ っ て , 従 来 の 育
当 す る種 子 は輸 送 に便 利 で, 長 期 保 存 も可 能 で あ る. こ
種 技 術 で は不 可 能 で あ っ た"種
の壁 ” を こ え る こ とが
可 能 に な っ た . 遺 伝 子 組 換 え植 物 の 誕 生 で あ る .
この 技 術 が 確 立 し て ま ず 第 一 に応 用 さ れ た の は, 除
の よ う な 利 点 を 生 か し て 医 薬 品 な ど を 生 産 し, い ま ま
で に な か っ た 付 加 価 値 の 高 い 農 業 を つ くろ う とい う の
が 分 子 農 業 で あ る.
草 剤 に枯 れ な い 作 物 とか , 害 虫 に食 べ ら れ な い作 物 な
ど, 収 穫 量 の 増 大 と農 家 の 労 働 や 経 済 的 負 担 を軽 減 さ
せ る組 換 え作 物 の 作 出 で あ っ た . そ の 成 果 は確 実 に あ
が り, 賛 否 両 論 は あ る もの の , 組 換 え 食 品 と し て す で
分 子 農 業 の 技 法 は 大 き く分 け て 二つ あ る. そ の 一 つ
に わ れ わ れ の 食 卓 に登 場 し て い る. 換 言 す れ ば, 第 一
は通 常 の 組 換 え 植 物 を利 用 す る方 法 で, 他 の 一 つ は ウ
世 代 の 組 換 え植 物 の 研 究 は す で に収 穫 期 に 入 っ て い る .
イ ル ス ベ ク タ ー を利 用 す る方 法 で あ る.
そ して 今 ,21世
紀 に 向 け て 期 待 され て い るの が , 組 換
組 換 え 植 物 を利 用 す る場 合 は, よ い組 換 え植 物 の 作
え植 物 を利 用 して 医 薬 品 な ど の 有 用 物 質 を 生 産 す る農
出 に 多 くの 時 間 と労 力 を必 要 とす るが , い っ た ん作 出
業 で あ る. この よ うな新 しい 農 業 は分 子 農 業 (molecular
され れ ば そ れ を 広 く栽 培 す る こ とが で き る し, そ の 系
farming)
統 を種 子 と して 後 世 代 に伝 え る こ とがで き る. 一 方 , ウ
と よ ば れ て い る.
物 質 生 産 系 と し て の 植 物 に は 種 々 の利 点 が あ る . 植
イ ル ス ベ ク タ ー を 利 用 す る 場 合 は, 発 現 量 が 高 く, 導
物 の 栽 培 に は , 水 と空 気 と太 陽 と土 地 , そ して い く ら
入 法 も ウ イ ル ス の 感 染 力 を 利 用 す る た め簡 便 で , 組 換
か の 労 働 力 が あ れ ば よ く, 工 場 の 建 設 や 機 械 の 管 理 と
え植 物 を 作 出 す る 時 間 と労 力 を必 要 と しな い. し か し
YoshimiOkada,
Transgenic
東 京 大 学 名 誉 教 授
Plants
as
a Medicine
Production
System
607
Ⅱ
60
蛋白質 核酸 酵素
表Ⅰ
Vol.45No.4(2000)
植 物 で生 産 され て い る医薬 品
1.
モ ノク ロ ー ナ ル 抗 体 の 生
産
免 疫 機 能 を利 用 して 感 染 症
の予 防や治 療が 行 なわれ て い
る. そ の 一 つ は ワ ク チ ン な ど
の接 種 に よ る能 動 免 疫 で あ り,
も う一 つ は ほ か の 個 体 で 産 生
さ れ た 抗 体 を注 射 し て 免 疫 能
を 付 与 す る 受 動 免 疫 で あ る.
受 動 免 疫 に利 用 す る モ ノ ク ロ
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ー ナ ル抗 体 を
,植 物 を利 用 し
て 生 産 し よ う とい う動 き が 急
速 に高 まって いる. それ は植
物細 胞 が抗体 分子 の生 産 に適
し て い る こ とが わ か っ て きた
か らで あ る. 植 物 細 胞 で つ く
外 来 遺 伝 子 は後 世 代 の植 物 に は伝 わ ら な い .
られ た 抗 体 に は, す で に 植 物 と抗 体 を組 み 合 わ せ た
これ らの 技 法 を利 用 し て植 物 で 生 産 さ れ て い る医 薬
品 の お もな 例 を 表1に
ま とめ た . これ ら の な か , 最 も
plantibodyと
い うニ ッ ク ネ ー ム が つ け られ て い る .
抗 体 分 子 は2本 のL鎖
と2本 のH鎖
か らで き てい る
注 目 を集 め て い る抗 体 と抗 原 (ワ ク チ ン) の 生 産 に つ
が , そ の 部 分 構 造 で も抗 体 と し て の 活 性 を発 揮 す る こ
い て の 現 状 を紹 介 す る.
と はで き る . 図1に
示 した よ う な種 々 の 抗 体 分 子 や 抗
体 フ ラ グ メ ン トが 人 工 的 に 設 計 さ れ , これ らの 植 物 体
で の 生 産 実 験 が 行 な わ れ て い る.
植 物 で 初 め て抗 体 分 子 が 生 産 され た の はマ ウス のIgG
抗 体 で1)
, この と き に 用 い られ た基 本 的 な 技 法 が 広 く利
用 され て い る. そ れ は ま ずL鎖
コ とH鎖
の2つ
遺 伝 子 を導 入 した タバ
遺 伝 子 を導 入 した タバ コ を 別 々 に 作 出 し, こ
の 組 換 え タ バ コ を交 配 す る とい う, 遺 伝 子 組 換
え と従 来 の 交 配 技 術 を 組 み 合 わ せ た 方 法 で あ る. 交 配
して 得 られ た タバ コで はH鎖
とL鎖
が 会 合 し, 活 性 の
あ る 抗 体 が つ く られ た . この 技 法 を 利 用 し て す で に 数
多 くのIgGモ
ノ ク ロ ー ナ ル 抗 体 が 植 物 で 生 産 され て お
り2 4)
, ア メ リカ な どで は トウ モ ロ コ シや ダ イズ で 生 産
され た 抗 体 を 用 い た 臨 床 実 験 が 開 始 さ れ て い る と報 道
され て い る. そ の 多 くは が ん 治 療 を 目的 と し た も の で
図1抗
あ るが , 単 純 ヘ ル ペ ス ウ イ ル ス (herpes simplex
体 お よ び 抗 体 フ ラ グ メ ン トの 構 造
(a)抗 体 の 基 本 構 造 , (b)人 工 的 に設 計 され た抗 体 フラ グメ ン ト.
VH:H鎖
の 可 変 領 域 ,CH:H鎖
域 ,CL:L鎖
の 定 常 領 域 ,VL:L鎖
の可 変領
の 定 常 領 域 ,Fab: 抗 原 結 合 フ ラ グメ ン ト,Fv: 可
変 領 域 フラ グメ ン ト,scFv: 単 鎖 可 変領 域 フラ グメ ン ト,scFvCL:
CLを も っ たscFv.
608
virus)
の 抗 体 を ダ イ ズ で 生 産 し, マ ウ ス の 外 陰 部 ヘ ル ペ ス の
感 染 予 防 に有 効 で あ っ た とい う結 果 も最 近 報 告 され て
い る5)
.
遺 伝 子 組 換 え と 自然 交 配 を 組 み 合 わ せ た 方 法 は , 複
組換 え植物 による医薬品の生産
雑 な サ ブ ユ ニ ッ ト構 造 を とる 分 泌 型IgAモ
ノ ク ロー ナ
ル 抗 体 の 生 産 に威 力 を発 揮 し た . 分 泌 型IgA分
H鎖
とL鎖
61
表2抗
体 産 生 コス トの 比較
図2タ
バ コで 生産 され たB型 肝 炎 ウ イル スC抗 原 会 合体
子 は,
の 基 本 サ ブ ユ ニ ッ トに加 えて , さ ら にグ ロ
ブ リン分 子 を結 合 させ るた め のJ鎖
と, 分 泌 因 子SCの
加 わ っ た 会 合 体 で あ る. そ してH鎖
合 は形 質 細 胞 で ,SC因
,L鎖
,J鎖 の会
子 と の会 合 は上 皮 細 胞 で, と2
種 類 の細 胞 の 協 同 作 業 で 行 な わ れ る た め , 動 物 細 胞 の
系 で モ ノ ク ロ ー ナ ル 抗 体 を つ く る実 験 は ま だ成 功 して
い な い . し か し, タバ コで はH鎖
,L鎖
子 そ れ ぞ れ の 遺 伝 子 を 導 入 した4種
,J鎖 ,SC因
類 の組 換 え タバ コ
を 別 々 に作 出 し, そ れ ら を順 次 交 配 させ る こ と に よ っ
て , 虫 歯 の原 因 に な るStreptococcus
分 泌 型IgA抗
mutansに
対する
体 を生 産 す る こ とに 成 功 した6)
. そ して 最
近 こ の 抗 体 を 歯 磨 き に加 え た 臨 床 実 験 が 行 な わ れ , 虫
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歯 予 防 に対 す る有 効 性 が 確 か め られ て い るη.
動 物 細 胞 で は2種 類 の 細 胞 を必 要 とす る の に , な ぜ
植 物 細 胞 で は1種 類 の細 胞 だ け で , しか も効 率 よ く分
泌 型IgA抗
体 が 合 成 さ れ た の か, そ の理 由 は ま だ明 ら
か で な い . お そ ら く動 物 細 胞 に比 べ て , ど の植 物 細 胞
も そ の 分 化 の 程 度 が 低 く, 複 雑 な 分 子 の 会 合 反 応 に対
し て動 物 細 胞 は特 異 性 を発 揮 す る の に, 植 物 細 胞 で は
特 異 性 が あ ま りな い の で あ ろ う .
単 鎖Fv抗
はH鎖
とL鎖
のV領
域
だ け を リ ンカ ー で 結 合 させ た 抗 体 で あ る (図1参 照 ).
scFvで
サ プ ユ ニ ッ ト抗 原 の 生 産
植 物 で サ ブ ユ ニ ッ ト抗 原 を つ くる研 究 は ,B型
体 (scFv)と よ ば れ る組 換 え 抗 体 も植 物 で
生 産 さ れ て い る8'10)
.scFvと
2.
は普 通 の 抗 体 分 子 の よ う に会 合 体 を形 成 す る必
ウ イ ル ス (HBV)の
表 面 抗 原 (sAg)を
させ る 実 験 か ら始 ま った18).HBVの
で 約3億
持 続 感 染 者 は世 界
人 と い わ れ , 予 防 ワ ク チ ン と して , ヒ ト血 漿
あ る い は 酵 母 で 生 産 され たHBsAgが
使 われ てい る. 組
要 が な い の で , 生 産 に 有 利 な 抗 体 で あ る と考 え られ て
換 え タバ コ を利 用 して 生 産 され たHBsAgは
い る. タバ コ種 子 で発 現 したscFvは
産 され たHBsAgと
scFvと
, 細 菌 で 生 産 した
同 じ抗 原 結 合 活 性 を 示 しL11),
長 期 間 の室 温 保 存
で も安 定 でi2)
, 今 後 利 用 範 囲 の広 が る ことが期 待 され る.
HBsAgを
る20).
の 応 用 に 関 し て は , 多 くの 総 説 が 書 か れ て い る の で 参
一 方
HBs抗
考 に され た い13-16).
これ らの 抗 体 が 実 用 化 され る か ど う か は, そ の生 産
抗原
,HBVの
予 防 の た め の 供 血 血 液 の 検 査 に は,
体 の ほ か に , 大 腸 菌 で 生 産 され たHBVの
(HBcAg)が
の 抗 体 お よび 抗 体 フ ラ グ メ ン トの 組 換 え 植 物 で の生 産
コ で 生 産 され たHBcAgは
コス トの 概 略 を比 較 した のが表2で
きに 産 生 す るHBcAgと
し (
図2),
コア
用 い ら れ て い る. 筆 者 ら は 最 近
HBcAgを
あ る い は植 物 ウ イ ル ス ベ ク タ ー に よ る生 産 が 圧 倒 的 に
列 をつ けた
ジ ャガ イ モ で発 現 させ た 実 験 も報 告 さ れ てい
コス トにか か って い る. 現 在 まで に報 告 され てい る, 種 々
あ る17).組 換 え植 物 ,
,酵母 で生
同 程 度 の 抗 原 性 を 示 す こ とが 確 か め
ら れ た19).抗 原 性 を高 め る た め ,preS2配
植 物 体 を利 用 して の モ ノ ク ロ ー ナ ル 抗 体 の 生 産 例 と そ
肝炎
タバ コで発 現
タバ コ で 発 現 させ る こ とに成 功 し た21).タバ
,HBVが
ヒ トに感 染 した と
同 じ会 合 体 を感 染 葉 内 で 形 成
ま た 現 在 使 用 さ れ て い る 大 腸 菌 で 生 産 され
有 利 で あ り, また 動 物 細 胞 で の 生 産 に比 べ て , ヒ トに
た標 準 抗 原 と 同 じ抗 原 活 性 を 示 し た . この 結 果 は , タ
感 染 す る 恐 れ の あ る 病 原 体 の 汚 染 を 回避 で き る とい う
バ コ で 生 産 さ れ たHBcAgが
検 査 試 薬 と し て す ぐ利 用
点 な ど を 考 え る と, 組 換 え植 物 に よ る抗 体 生 産 は , 将
で き る こ とを 示 し て い る. そ の 生 産 量 は高 く,1本 の タ
来有 望 な産業 となる可能性 が 高 い.
バ コ で 約50万
人 以 上 の血 液 を 検 査 す る こ とが で き る.
タ バ コ の 種 子 は どん な僻 地 に も簡 単 に送 る こ とが で き,
栽 培 や 長 期 保 存 に も特 別 な設 備 を必 要 と しない か ら, 発
609
Ⅲ
62
蛋 白質 核 酸 酵 素 Vol.45No.4(2000)
果 が 最 近 報 告 され た24・25)
.3.7∼15.7μg/gのLT-Bを
含 む 組 換 え ジ ャ ガ イ モ を1回
べ た11人
あ た り50∼100g,3回
の ボラ ンテ ィア 中 ,10人
6人 で 腸 管 内 抗 体 が4倍
食
で血 清 抗 体 が4倍
に,
に上 昇 して い る こ とが 確 か め ら
れ た . エ ン テ ロ トキ シ ン に対 す る ヒ トの"食
べ る ワク
チ ン” の 実 用 化 は , この 実 験 で 大 き く前 進 し た とい え
よ う. しか し ジ ャ ガ イ モ を生 で 食 べ る こ と は一 般 的 に
は む ず か し い . 次 の 目標 はバ ナ ナ ワ ク チ ン へ の 挑 戦 で
あ る とい わ れ て い る.
コ レ ラ トキ シ ン のBサ
図3ヒ
トに 対 す る"食
Arntzen博
士 が 実 験 の 発 表 に 用 い たスラ イ ド. (Arntzen博士 提 供 )
べ る ワク チ ン” の初 め ての 実験
ブ ユ ニ ッ ト (CT-B)
を発 現
す る ジ ャ ガ イ モ の 実 験 結 果 も最 近 報 告 され た26)
.CT-B
ジ ャ ガ イ モ を食 べ た マ ウ ス で は抗 体 が 産 生 さ れ , ま た
コ レ ラ トキ シ ン の 注 射 に 対 し て , 明 ら か な抵 抗 性 を 示
展途 上国 でのHBV予
防や疫 学調 査への利 用が期待 され
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る.
し た . す な わ ち マ ウ ス で は, 食 べ る ワ ク チ ン と し て の
ワ ク チ ン効 果 が 実 験 的 に確 認 さ れ た わ け で あ る.
CT−Bに
3."食
べ る ワクチ ン” の誕生
は も う一 つ 別 の 有 用 な 活 性 が あ る . そ れ は
CT-BにGM1ガ
1990年 ニ ュー ヨー クで 世 界 子 供 サ ミッ トが 開 かれ , 新
し い技 術 に よ る ワ ク チ ン の 開 発 が 発 議 さ れ た . そ れ は
腸 の リ ンパ 系 組 織
ン グ リオ シ ド との 結 合 能 が あ るた め,
(GALT)
へ の運 び屋 としての機 能
を も ち , そ れ を利 用 して 自 己 免 疫 疾 患 の 免 疫 寛 容 に よ
多 数 の 犠 牲 者 を 毎 年 出 して い る発 展 途 上 国 の 子 供 た ち
る 治 療 効 果 を高 め る こ とがで き る こ とで あ る. 最 近CT−
の 健 康 を守 る た め の 最 も重 要 な 課 題 と認 識 さ れ た か ら
Bの
で あ る . そ し て経 粘 膜 免 疫 を誘 導 す る"食 べ る ワ ク チ
リン依 存 性 糖 尿 病 を,自 己 抗 原 で あ る イ ン ス リン とCT-
この 活 性 を利 用 して , 自 己 免 疫 疾 患 で あ る イ ン ス
ン ” の 開 発 が , 安 価 で 有 効 な もの と し て そ の 目標 の 一
Bの 融 合 蛋 白 質 を発 現 す る ジ ャ ガ イ モ の 摂 取 に よ っ て
つ と な っ た . こ の よ うな 背 景 の なか で ,"食 べ る ワ ク チ
治 療 した 実 験 結 果 も報 告 された27)
. この 実 験 は, 自己 抗
ン” の研 究 が 本 格 的 にス ター トし,WHOも
原 を 発 現 し て い る 食 用 作 物 が ,T細
資 金の援助
を行 な っ て い る.
胞 が 関与 す る自己
免 疫 疾 患 の 治 療 に対 し て 今 後 有 用 な 系 とな る こ と を 示
現 在 最 も研 究 が 進 ん で い る の は , 病 原 性 大 腸 菌 の 易
熱 性 エ ンテ ロ トキ シ ン (LT) と, コ レ ラ菌 の コ レ ラ ト
し た も の で , 今 後 の 研 究 の 進 展 が 期 待 され る.
この ほ か ,Norwalkウ
イル ス の キ ャ プ シ ド蛋 白質 を
キ シ ン (CT) の 実 験 で あ る . 現 在 発 展 途 上 国 で 乳 幼 児
発 現 す る ジ ャ ガイ モ や28)
, 狂 犬 病 ウ イル ス の 糖 蛋 白質 を
の 死 亡 率 を高 め て い る 原 因 の 一 つ は, コ レ ラ菌 や 病 原
発 現 す る トマ ト29)
な ど も作 出 され , マ ウ スで の効 果 が
性 大 腸 菌 に よ る下 痢 感 染 症 といわ れ て い る.LTとCT
確 か め られ て い る.
は免 疫 的 に交 叉 反 応 を す るよ く似 た毒 素 で あ る.CTの
今 後 植 物 を利 用 し た ワ ク チ ン の 生 産 , と く に"食 べ
Bサ ブ ユ ニ ッ ト (CT−B) を主 成 分 とす る経 ロ ワ ク チ ン
る ワ ク チ ン” を 目標 に した 組 換 え 植 物 の 作 出 が 大 き な
が , コ レ ラ 菌 と病 原 性 大 腸 菌 の 両 方 の感 染 に対 し て 有
研 究 課 題 に な るで あ ろ う30・31)
.
効 で あ る こ とが 確 か め られ て い るが22)
, 高 価 で あ るた め
現 実 に は発 展 途 上 国 に普 及 さ せ る こ とが で き な い . そ
こで 植 物 で の 安 価 な 生 産 が 有 用 とな る.
研 究 は まず 組 換 え ジ ャ ガ イ モ で ス タ ー ト した .LT−
Bを 生 産 す る ジ ャ ガ イ モ を, 食 餌 と し て 数 回 与 え られ
た マ ウス は,LT−Bに
生 した23)
.IgA抗
対 す るIgA抗
体 とIgG抗
体 を産
体 の 産 生 は, マ ウス で の"食 べ る ワ ク
1. 植 物 ウ イ ル ス ベ ク タ ー の 開 発
1980年 代 の 初 期 か ら, 植 物 に 外 来 遺 伝 子 を 導 入 す る
ための ベ クター として,植 物 ウ イル スの可 能性 が検 討
され は じめた . 最 初 に報 告 され た の は2本
鎖DNAを
ノ ム に もつ カ リフ ラ ワ ー モ ザ イ クウ イル ス
Bジ
利 用 した ベ ク タ ー で あ っ た が , 種 々 の 欠 点 が あ り, 実
ャ ガ イ モ の ヒ トに 対 す る"食 べ る ワ ク チ ン ” と し
て の 効 果 を調 べ る 実 験 が 開 始 さ れ (図3) , そ の 実 験 結
610
用 的 に は利 用 され て い な い .RNAウ
(CaMV)
ゲ
チ ン”の 成 功 を示 し て い る .そ こで ア メ リカで は,LT-
を
イ ル ス の遺 伝 子 操
63
組換え植物 による医薬品の生産
図4TMVの
ゲ ノ ム構造
作 系 が 確 立 さ れ る と,RNAベ
ク タ ーの 開 発 が 可 能 にな
っ た . 植 物 ウ イ ル ス は圧 倒 的 にRNAウ
イ ル ス が 多 く,
また そ の増 殖 能 も大 き い の で , 植 物 で の 外 来 遺 伝 子 の
発 現 に は もっ ぱ らRNAウ
イ ル スベ ク タ ーが 利 用 され て
図5PVXベ
●
ク タ ー
(overcoat)
:コ ー ト蛋 白 質 ,?:GFP,
で い る細 い直 線
:2Aオ
の モ デ ル
コ ー ト蛋 白 質 とGFPの
間 をつ な い
リ ゴ ペ プ チ ド.
い る.
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ウ イ ル ス ベ ク タ ー は植 物 細 胞 の ゲ ノ ム と 関 係 な く 自
験 が 近 く開 始 され る と報 道 さ れ て い る . また この 形 の
己 複 製 す る こ とが で き る か ら, 有 用 物 質 を生 産 す る た
ベ ク タ ー を利 用 した 腫 瘍 由 来 のscFv(
図1参
照 )の 生
め の ベ ク タ ー と し て 適 し て い る . ま た 組 換 え 植 物 を作
産 と, そ れ を 用 い た 受 動 免 疫 の 成 功 例 も最 近 報 告 され
出 す る 場 合 の よ う な 時 間 を 必 要 とせ ず , い つ で も植 物
て い る35}
.scFvの
さ え あ れ ば 生 産 を開 始 で き る利 点 が あ る の で , これ か
バ コ葉1kgあ
らの 分 子 農 業 の 強 力 な 武 器 とな るで あ ろ う.
scFvは
収 量 は, ベ ク ター 感 染 後14日
た り10∼30mgと
で, タ
高 く, ま た 得 られ た
安 定 で あ った . 今 後 , が ん に対 す る抗 体 生 産 系
と し て 期 待 され て い る .
2.TMVベ
ク ター
も う一 つ は リー ドス ルー を利 用 す る方 法 で あ る.TMV
最 も広 く利 用 さ れ て い る の は, タバ コ モ ザ イ ク ウ イ ル
の130K蛋
ス (TMV)
起 き る の は , 終 止 コ ド ン に続 く6塩 基 が 特 殊 な 配 列 を
K,30K,
ベ ク タ ー で あ る .TMVに
は130K,180
お よ び コ ー ト蛋 白質 (CP) の4種 類 の 蛋 白
質 が コ ー ドさ れ て い る (図4).180K蛋
白 質 遺 伝 子 の 終 止 コ ドン で リー ドス ル ー が
し て い る た め で あ る . この 配 列 をTMVのCP遺
伝子
の 終 止 コ ドン の 次 に 挿 入 し, そ の あ と に外 来 遺 伝 子 の
白 質 は,130K
蛋 白 質 の 終 止 コ ドン が 部 分 的 に サ プ レ ス され た リー ド
配 列 を つ な ぐ と,CPと
スル ー 蛋 白 質 で あ る.130Kお
蛋 白 質 も合 成 され る . そ の 結 果 , ベ ク タ ー は粒 子 を形
ノ ムRNAの
30K蛋
よび180K蛋
複 製 を行 な うRNAポ
白質 はTMVが
白 質 は, ゲ
リメ ラ ー ゼ で あ る.
感 染 細 胞 か ら隣 の 非 感 染 細 胞 に
と も に外 来 遺 伝 子 とCPの
融合
成 し, 全 身 感 染 可 能 とな る36)
. 融 合 蛋 白 質 もウイル ス粒
子 に組 み込 ま れ , 外 来 遺 伝 子 産 物 を ウ イ ル ス 表 面 に提
広がる (
細胞 間移 行) た めに必 要な蛋 白質で ,移行 蛋
示 し たTMVが
白 質 と よ ば れ て い る. またTMVが
面 に動 物 ウ イ ル ス な ど の 抗 原 エ ピ トー プ な ど を提 示 す
感 染 葉 か ら非 感 染
で き る37)
. し た が っ てTMV粒
子 の表
葉 へ広 が る (
遠 距 離 移 行 ) た め に は, ウ イ ル ス 粒 子 の
る こ とが 可 能 で , 植 物 を利 用 した ワ ク チ ン の 生 産 用 に
形 成 が 必 要 で ,CPを
期 待 され る .
欠 損 したTMVは
感 染 葉 で は広 が
れ るが, 全身感 染 はで きない.
同 様 な 発 想 で ,CPの
ウ イ ル ス を ベ ク タ ー化 す る 際 , 一 般 的 な 方 法 で あ る
CP遺
伝 子 を外 来 遺 伝 子 と置 換 して っ くったTMVベ
ウ イ ル ス粒 子 表 面 に出 てい るル
ー プ領 域 に 外 来 ペ プ チ ド遺 伝 子 を挿 入 す る こ と に よ っ
ク
て , ウ イ ル ス 粒 子 表 面 にペ プ チ ド配 列 を 提 示 す る 方 法
タ,_32)は, 感 染 葉 で は増 殖 で き るが , 全 身 感 染 が で き
も考 案 さ れ て い る. こ の技 法 は , マ ラ リア 抗 原 の エ ピ
な い の で , 医 薬 品 生 産 用 の ベ ク タ ー と し て は適 当 で な
トー プ38)や マ ウ ス肝 炎 ウ イ ル ス の エ ピ トー プ39)な どの
い.
発 現 に 利 用 され て い る.
最 近 , 全 身 感 染 可 能 な ベ ク タ ー が い くつ か 考 案 され
た . その一 つ はCP遺
伝 子 と移 行 蛋 白質 遺 伝 子 の 間 に外
来 遺 伝 子 を挿 入 す る方 法33)で , これ を用 い て α ト リコ
サ ン チ ン が 生 産 さ れ て い る .Biosource社
TMVベ
で は この
ク ター を利 用 した生 産 技 術 を"GENEWARE”
3.
その他 の植 物 ウイル スベ ク ター
ジ ャ ガ イ モXウ
イ ル ス (PVX) を利 用 し た有 用 物 質
生産 用 のベ クターが 開発 され て い る (
図5) . モ デ ル 実
験 と してGFPを
発 現 す る ウ イ ル ス が つ く られ て い る40)
.
シ ス テ ム と名 づ け , 植 物 で の 大 量 生 産 系 と し て 積 極 的
PVXのCPはN末
端 が ウイ ル ス粒 子 の表 面 に出 てい る.
に 利 用 して い る.そ の な か の 一 つ は α-ガ ラ ク トシダ ー
そ こ でGFPのC末
端 とCPのN末
ゼ の 生 産 で34)
, これ を 用 い た フ ァブ リー 病 治 療 の 臨 床 実
ル ス の2Aオ
端 を, 口 蹄 疫 ウイ
リゴペ プ チ ドを介 して 結 合 したPVXベ
ク
611
64
蛋 白質
核酸
酵素
タ ー を構 築 した .2Aオ
Vol.45No.4(2000)
vivoに お い
現 在 の"組 換 え食 品 ”に対 す る わ が 国 の 風 向 き か ら, 日
て 部 分 的 に切 断 さ れ る配 列 で あ る . した が っ て この 配
本 の企 業 や研 究 者 た ち が , 組 換 え植 物 の 新 し い作 出 に
列 をGFPとCPの
躊 躇 す る傾 向 が あ る が , そ の 点 を正 し く理 解 し て ,21
間 に挿 入 す る こ と に よ り,GFP-CP
の 融 合 蛋 白 質 とCPの
PVX粒
両 方 が 合 成 さ れ る こ と に な り,
子 が形 成 さ れ る . ウ イ ル ス粒 子 表 面 に 外 来 ペ プ
チ ド を提 示 し たTMVベ
30ア
リ ゴペ プ チ ドはin
ク タ ー の場 合 , そ の大 き さ は
ミノ酸 程 度 で あ るが ,PVXベ
の 分 子 量 が27Kで
ク タ ー の 場 合GFP
あ る こ とを考 え る と, 相 当 大 きな 蛋
あ ろ う.
し か し残 念 な が ら現 状 は , 欧 米 の研 究 開 発 に対 し て
わ れ わ れ は大 き く遅 れ て い る.1999年8月
International
Molecular
Farming
にカナ ダで
Conferenceが
開催
白 質 の 発 現 に も利 用 で き る と思 わ れ る. こ の 技 法 は
"overcoat” シ ス テ ム と名 づ け られ
, 実用 化 されつつあ
さ れ ,80の 研 究 が 口頭 発 表 さ れ た が , そ の 内 訳 は , ア
る.
国 か らの 発 表 は0で
カ ウ ピ ー モ ザ イ ク ウ イ ル ス (CPMV)
を もつ 球 状 ウ イ ル スで あ る. 小 さ いCPサ
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世 紀 の 新 しい 医 薬 産 業 に遅 れ を と らな い こ とが 肝 要 で
は2種 類 のCP
メ リ カ が42,
カ ナ ダ が27,
ヨ ー ロ ッパ が11で
, わが
あ っ た. そ して 欧 米 で は, 医 薬 品
の 生 産 の 次 に 期 待 され て い る , 組 換 え 植 物 に よ る プ ラ
ブユ ニ ッ トの
ス チ ック な どの 化 学 工 業 製 品 生 産 に 向 け て の研 究 もす
ウ イ ル ス 表 面 に 出 て い る領 域 の 一 部 を エ ピ トー プ 配 列
で に始 ま って い る47)
. 夢 の 多 い組 換 え植 物 研 究 の未 来 に
と置 換 す る と, ウ イ ル ス 表 面 に エ ピ トー プ 配 列 を提 示
対 して , わ れ わ れ が 単 な る欧 米 の 研 究 成 果 の 傍 観 者 と
した ウ イ ル ス 粒 子 を つ くる こ とが で き る . こ の手 法 で
な ら な い よ うに , わ が 国 の先 駆 的 分 野 の 開 拓 を 目指 す
ミ ン ク エ ン テ リテ ィ ス ウ イ ル ス (MEV) の エ ピ トー プ
研 究 者 た ち の積 極 的 な参 加 が 待 た れ る .
を粒 子 表 面 に提 示 したCPMVが
つ くられ た41)
. この キ
メ ラ ウ イ ル ス を ミ ン ク に皮 下 注 射 す る と,MEVに
対す
る感 染 防 御 効 果 が 示 さ れ た . こ の ほ か , ヒ ト免 疫 不 全
ウ イル ス のgp41蛋
白 質 の エ ピ トー プ を提 示 したCPMV
を注 射 す る と, エ ピ トー プ に対 す る抗 体 が 得 られ た と
い う報 告 も あ る42,43)
.
文
1)
2)
3)
おわ りに
遺 伝 子 組 換 え技 術 の 誕 生 に よって ,"種 の 壁 ”
を こ え て有 用 遺 伝 子 を 導 入 す る こ とが 可 能 に な った . そ
4)
し て そ の 成 果 は 組 換 え食 品 と し て す で に わ れ わ れ の 食
卓 に登 場 す る時 代 とな った . そ して 今 ,"食 べ る ワ クチ
ン ” に 代 表 さ れ る植 物 を利 用 して 医 薬 品 を 生 産 す る と
5)
い う分 子 農 業 が ,21世 紀 に向 け て の 新 し い 夢 を与 え よ
う と して い る. こ こで は抗 体 と抗 原 の 生 産 に つ い て の
み紹 介 した が ,ヒ トサ イ トカ イ ン44)
, ヒル ジ ン45)
,β-グ
6)
ル ク ロ ニ ダ ー ゼ46)な ど, 多 数 の有 用 医 薬 品 も実 用 化 を
目 指 して 生 産 さ れ つ つ あ る . この 付 加 価 値 の 高 い 分 子
農 業 が , 日本 の将 来 の 農 業 に も変 革 を もた ら し, 農 業
7)
に従 事 す る若 者 た ち へ の 大 きな 希 望 を与 え る と と もに ,
わ れ わ れ の健 康 を守 る 新 しい 産 業 とな る こ と を 期 待 し
8)
たい.
9)
最 近 の わ が 国 に お け る"組 換 え食 品 ” へ の 風 当 た り
は 想 像 以 上 に 強 い . しか し 医 薬 品 を 生 産 す る作 物 は ,
"組 換 え 食 品 ”で は な く
, あ く まで も"く す り”で あ り,
た と え"食
べ る ワ ク チ ン” で あ っ て も, こ れ は ス ー パ
ー で 消 費 者 が 直 接 購 入 で き る"組 換 え 食 品 ”で は な い .
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岡 田吉美
略 歴 :1952年 大 阪 大 学 理 学 部 卒 業 . 九 州 大 学 医 学 部,
大 阪 大 学 医 学 部, 農 林 省 植 物 ウ イ ル ス研 究所 , 東 京 大 学
理 学 部, 帝 京 大学 理 工 学部 を経 て,1999年
退 職. 東 京 大
学 名誉 教 授 . 現 職 中 の研 究 テ ーマ :ウ イ ル スの分 子 生物
学 ,植 物 バ イ オ テ ク ノ ロジー .
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