遺伝子クローニングとpcr（ピーシーアール）の違い

特定のDN**セグメントから多数のDNAコピーを合成することをDNA増幅といい、DNA増幅プロセスは主に遺伝子クローニングとPCRの2種類に分けられる。遺伝子クローニングとPCRの大きな違いは、遺伝子クローニングでは、組換えDNAを構築し宿主細菌で増殖させることで特定の遺伝子の複数コピーを作り出すのに対し、PCRでは、変性と合成を繰り返すことで特定のDN**セグメントを試験管内で数百万コピー作り出せることである。

目次1. 概要と主な違い2. 遺伝子クローニングとは3. PCRとは4. 横並び比較 - 遺伝子クローニング vs PCR5. まとめ

遺伝子クローニングは何ですか？

遺伝子クローニングとは、生物のゲノムDNAから特定の遺伝子を探し出し、増幅して組換えDNAを構築する技術である。ゲノムDNAには、何千種類ものタンパク質をコードする遺伝子が含まれています。DNAを抽出すると、その中には搭載可能なすべての遺伝子が含まれています。遺伝子クローニング技術により、全DNAから特定の遺伝子を検出することができます。そのため、遺伝子クローニングは分子生物学において重要なツールとなっている。

遺伝子クローニングでは、DNAの中に該当する遺伝子の位置の手がかりがない場合、生物のゲノムライブラリーの作成が不可欠である。ゲノムライブラリーは、以下の手順で作成します**。

目的の生物から全DNAを抽出する。

ステップ2：抽出したDNAを制限消化し、扱いやすい小さな断片を作る。このステップは、制限エンドヌクレアーゼによって促進される。

ステップ3：適切なベクターを選択し、同じ制限酵素でベクターDNAを開く。細菌プラスミドは、外来性DNAを運ぶためのベクターとしてよく使われる。プラスミドは、バクテリアの中にある小さなDNAの輪のことです。

ステップ4：ベクターDNAと断片化したDNAを結合させ、組換えDNA分子を調製する。このステップはDNAリガーゼによって制御される。

ステップ5：組換えDNA分子を宿主細菌に移植する。このステップは形質転換と呼ばれ、熱ショックによって達成される。

ステップ5：形質転換した細菌細胞の培地上でのスクリーニング。形質転換プロセスの最後には、形質転換した宿主細胞と形質転換していない宿主細胞の混合集団が得られます。なぜなら、目的の遺伝子は形質転換された宿主細胞にしか含まれていないからだ。そのため、形質転換された細胞を選択する必要があった。選択は、抗生物質を含む選択培地を用いて行う。このスクリーニング培地で培養することで、形質転換した細胞のみを選択することができます。

ステップ6：菌を培養して、遺伝子プールを作る。新しい培地を培養に導入し、最適な培養条件を提供します。培養プレート上のコロニーの総数が、その生物のゲノムライブラリーを意味する。

ステップ7：目的の遺伝子を含む組換えDNA分子は、クローン化された数千の組換えDN**セグメントからスクリーニングされなければならない。これは、特定の遺伝子やその遺伝子によって作られる特定のタンパク質を標識したプローブを使うことで実現できる。

細菌コロニー全体から目的の遺伝子が特定されると、その遺伝子を含む組み換えプラスミドを**数百万コピー生産することが可能である。

遺伝子クローニングは、遺伝子バンクの構築、特殊なタンパク質、ビタミン、抗生物質、ホルモンの生産、生物ゲノムの配列決定と局在化、法医学における個々のDNAの複数コピーなどに利用されています。

図1：遺伝子のクローニング

pcr（ピーシーアール）は何ですか？

ポリメラーゼ連鎖反応（PCR）は、特定のDN**セグメントのコピーを大量に生産する技術である。in vitroの条件下では、PCRによって特定のDNA配列の指数関数的な増幅を得ることができる。1983年、カリー・マリスによってPCRが導入され、分子生物学の分野に大きな進歩をもたらした発明として、数々の賞を受賞しています。

PCR法は、図02に示すように、PCR反応を繰り返し行うものである。PCR反応は主に3つのステップからなる。94℃でのDNA二本鎖の変性、68℃でのプライマーのアニーリング、そして72℃での鎖の伸長である。PCRは、鋳型DNA、Taqポリメラーゼ、プライマー、dNTPs、バッファーを含む正しいPCR混合物を入れたPCRチューブの中にあるPCR装置で行われる。二本鎖DNAを94-98℃で相補的塩基間の水素結合を切断して一本鎖DNAに変性させ、一本鎖の鋳型DNAをプライマーに接触させる。プライマーは一組（フォワードとリバース）を用意し、高温に耐える耐熱性のものを使用する。プライマーは、標的DN**セグメントの末端に相補的な短い一本鎖DNA配列である。PCRには合成プライマーが用いられる。プライマーは試料DNAの相補的な塩基に結合し、新しい鎖の合成を開始させる。この工程は、熱合成クラゲから単離された耐熱性DNAポリメラーゼ酵素「Taqポリメラーゼ」が触媒している。プライマーとヌクレオチド（ビルディングブロック）があれば、Taqポリメラーゼは鋳型DNAに相補的な新しいDNA鎖を構築する。PCR手順の後、増幅されたDN**セグメントはゲル電気泳動で観察される。さらに分析が必要な場合は、ゲルからPCR産物を精製する。

遺伝性疾患や後天性疾患の診断やモニタリング、犯罪者の特定（法医学分野）、DNA標的セグメントの構造や機能の研究、生物ゲノムの配列決定やマッピングなどに有用なPCRは、その応用範囲の広さから医学や分子生物学の研究室では日常的な実験手法になっている。

図2：ポリメラーゼ連鎖反応

遺伝子クローニングとpcr（ピーシーアール）の違い

概要 - 遺伝子クローニング vs. pcr（ピーシーアール）

DNAを増幅する方法として、遺伝子クローニングとPCRがある。ポリメラーゼ連鎖反応は、組換えDNAや宿主菌を使わずに、特定のDN**セグメントを多重複製するin vitroのプロセスである。遺伝子クローニングは、主に生体内で組み換えDNAを構築し、目的の遺伝子を宿主に複製することで行われる。これが、遺伝子クローニングとPCRの違いです。

参考文献：1. Griffith, Anthony JF. "Cloning specific genes", Modern Genetic Analysis. u, U.S. National Library of Medicine, 1 January 1999.Web. 1972年2月22日, "Polymerase Chain Reaction (PCR)", National Center for Biotechnology Information. u, U, U.S. National Library of Medicine, n.d. Web. 2017年2月22日