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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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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