基礎から学ぶ遺伝子工学 第3版
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基礎から学ぶ遺伝子工学 第3版

  • 田村隆明/著
  • 2022年10月25日発行
  • B5判
  • 304ページ
  • 付録:章末問題と解答
  • ISBN 978-4-7581-2124-8
  • 3,960(本体3,600円+税)
  • 在庫:あり

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クローニングなどでDNAを得た後は,遺伝子の発現解析や機能解析に加えて,DNA構造を明らかにするために塩基配列の解読:シークエンシングが行われる.シークエンシングにはゲノムシークエンシングとRNA配列を解読するcDNAシークエンシングがあり,遺伝子工学の根幹をなしている.DNAシークエンシングはDNAシークエンサーを使って行われるが,次世代シークエンサー(NGS)といわれる機器は圧倒的な能力を有し,これまでの遺伝子工学的アプローチを根底から変えようとしている.…

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カラーイラストで遺伝子工学のしくみを解説した定番テキスト.使用頻度が減った実験手法は簡略化し,代わりにゲノム編集やNGS,医療応用面を強化.実験で手を動かす前に押さえておきたい知識が無理なく身につく.

目次

第3版の序

第2版の序

初版の序

概説 遺伝子工学 ―誕生から今日まで,そして未来へ

1.遺伝子工学とは

2.最初の遺伝子工学実験とその意味

3.遺伝子工学を発展させたエポック

4.遺伝子工学はどのように活かされているか

5.遺伝子工学の未来

第Ⅰ部 遺伝子・DNAの基礎

1章 遺伝子工学で使われる生物

1.遺伝子工学で生物を用いる目的

2.原核生物と真核生物

❶原核生物 ❷真核生物

3.ゲノムと遺伝子

❶遺伝子 ❷ゲノムと含まれる遺伝子

4.大腸菌

❶特徴 ❷遺伝子型 ❸培養 ❹滅菌

5.遺伝子工学に登場する真核生物

❶酵母 ❷多細胞動物個体 ❸植物 ❹培養動物細胞

6.遺伝子工学に利用される動物ウイルス

❶ウイルスとは ❷使用される主なウイルス

章末問題

2章 DNA:化学構造,複製,構造変化

1.DNAの構造

❶DNAはヌクレオチドが連結した分子 ❷細胞のDNAは二本鎖として存在する

2.DNAの構造変化

❶一本鎖と二本鎖の間の変換 ❷切断,剪断

3.DNAの複製

❶DNA合成反応の原則 ❷細胞内で起こるDNA複製  ❸DNAポリメラーゼ ❹試験管内DNA合成

4.DNAのメチル化

❶メチル化部位 ❷原核生物でのメチル化

5.DNAの変異,損傷,修復,および組換え

❶DNAの変異 ❷DNAの損傷 ❸損傷DNAの修復 ❹DNAの組換え

章末問題

3章 遺伝子の発現

1.RNA

❶RNAとは ❷RNA機能の多様性 ❸遺伝子発現制御能をもつncRNA ❹RNAのそれ以外の機能

2.転写機構

❶RNA合成:RNAポリメラーゼ ❷転写開始 ❸転写終結まで

3.原核生物の転写制御

❶ポリシストロニック転写とオペロン ❷ラクトースオペロンの構造と制御機構 ❸lacオペロンのグルコース効果

4.真核生物の転写制御

❶エンハンサーと転写制御因子 ❷制御のメカニズム

5.転写後のできごと:RNAの加工と成熟

❶mRNAの末端修飾 ❷スプライシング ❸その他の加工

6.アミノ酸,ペプチド,タンパク質

❶アミノ酸 ❷ペプチド結合 ❸タンパク質

7.翻訳

❶コドンとtRNA ❷翻訳機構

8.真核細胞で翻訳されたポリペプチドの運命

❶翻訳後のタンパク質 ❷タンパク質の分解

章末問題

第Ⅱ部 基本の酵素からクローニングまで

4章 制限酵素,DNAメチラーゼ,DNAリガーゼ

1.細菌がもつ自己防衛手段:制限と修飾

❶現象の発見 ❷制限修飾の実体

2.制限酵素発見の意義

3.制限酵素の種類

❶Ⅰ〜Ⅲ型酵素 ❷制限酵素の分布

4.Ⅱ型制限酵素の反応特性

❶認識配列と切断部位 ❷反応様式と切断面 ❸制限酵素のスター活性

5.DNAメチラーゼと制限酵素の切断特性

❶制限修飾系でのメチル化 ❷大腸菌で増やしたDNAのメチル化に関する注意

6.ホーミングエンドヌクレアーゼ

7.粘着末端を利用したDNAの連結

❶DNAの付着と連結 ❷DNAリガーゼ反応の実際 ❸同一粘着末端をもたないDNA末端の連結方法

章末問題

5章 核酸の合成,分解,修飾に関する酵素

1.DNA合成酵素

❶通常のDNA合成用DNAポリメラーゼ ❷クレノー断片 ❸特殊な用途で使われるDNA合成酵素

2.核酸分解酵素

❶核酸分解酵素の区分 ❷DNAに働くエンドヌクレアーゼ ❸DNAに働くエキソヌクレアーゼ ❹一本鎖特異的ヌクレアーゼ ❺RNAを分解する酵素:リボヌクレアーゼ(RNアーゼ)

3.DNAの平滑末端化

4.末端リン酸基の脱着

❶リン酸基の脱着 ❷リン酸基脱着反応を遺伝子操作の中で応用する

5.組換えDNAからのin vitro RNA合成

章末問題

6章 プラスミド,ファージ,トランスポゾン

A.プラスミド

1.プラスミドの概要

❶プラスミドの複製とコピー数 ❷不和合性

2.大腸菌のプラスミド

❶ColE1 ❷R因子 ❸F因子

3.その他のプラスミド

❶Tiプラスミド ❷他の細菌プラスミド ❸出芽酵母のプラスミド

B.大腸菌のファージ

4.ファージの種類と増殖

❶ファージとは ❷ファージの一般的性質 ❸ファージの検出と定量:プラークアッセイ

5.λファージ

❶増殖:溶菌サイクル ❷溶原化サイクル

6.一本鎖ファージ:M13

❶概要と増殖 ❷利便性

C.トランスポゾン

7.概要

8.DNAトランスポゾン

9.レトロトランスポゾン

章末問題

7章 ベクター ―DNAの導入,増幅,発現,組込みのツール

A.ベクターの基本

1.ベクターとクローニング

❶ベクターとは ❷ベクターの使用目的と材料別ベクターの種類 ❸ベクターとしての要件 ❹クローンとクローニング

2.選択マーカー

❶マーカーの意義と原理 ❷検出方法によるマーカーの分類

3.ベクターの能力にかかわる機能性配列

❶マルチクローニング部位 ❷制御配列

B.原核生物のベクター

4.主な選択マーカー

❶抗生物質に対する耐性遺伝子:薬剤耐性遺伝子 ❷lacZ遺伝子と青白選択 ❸致死ベクター

5.大腸菌のプラスミドベクター

❶古典的・標準的なプラスミドベクターと使われる菌株 ❷多用途汎用ベクター ❸特定の目的で使用されるベクター

6.遺伝子発現用の大腸菌プラスミドベクター

❶遺伝子発現の基本戦略 ❷大腸菌内での発現の方策

7.大腸菌用ファージベクター

❶λファージ由来の一般的クローニングベクター ❷λファージ由来発現ベクター ❸M13ファージベクター ❹混成ベクター

C.真核生物のベクターとマーカー

8.真核細胞中での発現制御系

❶真核細胞で使われるプロモーター ❷転写後シグナルと翻訳シグナル

9.真核細胞で利用されるマーカー

❶薬剤耐性遺伝子 ❷代謝欠陥を補う遺伝子 ❸致死遺伝子 ❹レポーター遺伝子

10.酵母・真菌のベクター

❶ベクターのタイプ ❷マーカー遺伝子 ❸カウンター選択

11.動物細胞用ウイルスベクター

❶レトロウイルスベクター ❷レンチウイルスベクター ❸アデノウイルスベクター ❹その他の動物ウイルス

D.トランスポゾンベクター

12.トランスポゾンベクター

❶概要 ❷DNA型トランスポゾンベクターの使い方と特徴 ❸動物細胞で使われるベクター

章末問題

8章 DNAクローニング ―新規クローンの単離とサブクローニング

A.古典的なゲノムDNAのクローニング法

1.古典的DNAクローニングの概要

2.ゲノミッククローニングの実際

❶ベクターの選択 ❷ライブラリー用DNAの調製 ❸目的クローンの選択 ❹PCRによる選択

B.古典的cDNAクローニング法

3.cDNAライブラリーの作製

❶ライブラリー作製の要点 ❷特異的cDNAの濃縮

4.cDNAに特異的なクローン選択法

❶結合性に基づく発現クローニング ❷機能性クローニング

C.ポストゲノム時代の遺伝子クローニング

5.現在のクローニング戦略

❶クローニング戦略の変化 ❷ゲノムDNAのクローニング ❸cDNAクローニング

D.組換えDNAの再構築:サブクローニング

6.標準的なサブクローニング戦略

❶サブクローニングとその手順 ❷DNAリガーゼによるベクターとDNA断片の連結

7.新しいPCR産物クローニング法

❶末端の特別な構造を介する組換え体の構築 ❷シームレスクローニング

E.重要なDNA構築技術

8.オリゴヌクレオチド

9.部位特異的変異の導入

❶概要 ❷Dpn Ⅰを使って変異DNAを作製・濃縮する方法

10.cDNAの合成

❶真核生物mRNAの調製 ❷cDNAの合成

F.細胞へのDNA導入

11.原核生物(大腸菌)へのDNA導入

❶プラスミドによる形質転換 ❷ファージ感染 ❸目的クローンの選別と決定

12.動物細胞への核酸導入

❶トランスフェクション ❷ウイルスベクターを用いる方法

13.植物細胞への導入:Tiプラスミドを使う方法

章末問題

9章 タンパク質産生制御系

1.真核生物タンパク質の発現・産生

❶原核細胞での発現 ❷真核細胞での発現

2.大腸菌でタンパク質をつくる場合の注意点

❶塩基配列とコドンバイアス ❷不溶タンパク質の可溶化と不溶化防止策 ❸発現させるタイミングを工夫する

3.融合タンパク質の作製

❶β-ガラクトシダーゼ(β-gal)融合タンパク質 ❷タグ付きタンパク質とその精製 ❸ファージディスプレイ

4.T7 RNAポリメラーゼ発現系

❶pETベクター ❷発現制御系:pETシステム

5.真核生物でのタンパク質発現

❶真核細胞発現ベクターに求められる要素 ❷バキュロウイルス発現系 ❸テトラサイクリンによる発現制御系(Tetシステム)

6.遺伝子工学で使われるタンパク質分解酵素

章末問題

第Ⅲ部 核酸の取り扱いと構造機能解析

10章 核酸の取り扱いと検出

A.取り扱い

1.核酸の物理化学的性質

❶核酸一般の性質 ❷DNA特有の性質 ❸RNA特有の性質

2.DNAの調製

❶細胞からのゲノムDNAの抽出 ❷細菌からのプラスミド抽出 ❸細胞から抽出したDNAの精製

3.RNAの扱い:常に「分解阻止」を念頭に置く

4.核酸の濃縮

❶核酸のエタノール沈殿 ❷その他の濃縮法

B.核酸同士の分離

5.ゲル電気泳動による核酸の分離

❶ゲルの素材と形状 ❷通常ゲル(中性ゲル)による電気泳動 ❸変性ゲルによる電気泳動 ❹特別な目的のために行う電気泳動 ❺ゲルからのDNA抽出

6.超遠心分離による核酸の分離

C.核酸の視覚的検出と定量

7.蛍光を用いて核酸を視覚化する

❶概要 ❷核酸検出法

8.核酸の紫外部吸収

❶核酸の定量 ❷核酸の純度

D.ハイブリダイゼーションによる核酸配列の探査

9.ハイブリダイゼーション探査の概要

10.核酸ハイブリダイゼーションの基礎

Tmに影響を与える要因 ❷ハイブリダイゼーション実施条件

11.プローブの作製:DNAの標識

❶DNAのRI標識法 ❷非RI標識DNAの調製

12.標識プローブの検出

❶RIプローブの検出:オートラジオグラフィー ❷非RIプローブの検出

13.ハイブリダイゼーション検出の実際

❶サザンブロッティング(RIプローブを使う例) ❷ノーザンブロッティング ❸基盤付着DNAの検出 ❹in situハイブリダイゼーション

章末問題

11章 PCRによるDNAの増幅

1.PCRの原理と概要

2.材料と反応条件

❶プライマーの設計 ❷耐熱性酵素の選択 ❸反応液とサイクルプログラム ❹ホットスタートPCR ❺修飾温度サイクリング

3.遺伝子工学におけるPCRの利用

❶PCRの基本的な使われ方 ❷微量DNA中の特定配列検出への応用 ❸DNAシークエンシングへの応用 ❹RNAの検出 ❺新たな構造をもつDNAの作製 ❻クロマチン結合タンパク質の検出

4.PCR産物の直接クローニング/サブクローニング

5.リアルタイムPCR

❶リアルタイムPCRとは ❷蛍光検出系 ❸DNAが定量できる原理

6.デジタルPCR

❶原理 ❷概要と応用

7.PCRによらないDNA増幅法

❶概要 ❷非PCR DNA増幅の要点 ❸ICAN法 ❹LAMP法 ❺RCA法 ❻SATIC法 ❼SmartAmp法

章末問題

12章 DNAシークエンシングとゲノム解析

1.ジデオキシ法によるマニュアルシークエンシング

❶原理 ❷一本鎖鋳型DNAの準備 ❸反応,電気泳動,検出 ❹現在までに改良された点(昔のものから順に)

2.DNAシークエンサー(第一世代シークエンサー)

3.標準的次世代シークエンサー:NGS

【A】第二世代シークエンサー ❶PCR増幅と均一DNA集団の形成 ❷反応系
【B】第三世代シークエンサー
【C】NGSを活用する ❶NGSを使用するまでの操作フロー:ライブラリー作製 ❷NGSの応用

4.第四世代NGS:ナノポアシークエンサー

❶どういうものか ❷検出の概要と使い方 ❸利便性,応用性,発展性

5.ゲノム解析

❶NGS以前 ❷NGS以後

章末問題

13章 遺伝子発現と遺伝子産物の解析

1.内在性遺伝子の発現状態の解析

❶RNAやタンパク質の構造決定や同定の戦略 ❷特定のRNAの検出・解析・同定 ❸RNAの網羅的解析 ❹タンパク質の検出・同定

2.シングルセル解析

❶概要 ❷解析のプラットフォームとscRNA-Seqの実施

3.細胞を使った遺伝子の発現機能解析

❶導入遺伝子の一過的発現と安定発現 ❷レポーターアッセイとその応用:転写系を利用した解析

4.in vitroでの遺伝子発現解析と遺伝子産物合成

in vitro転写 ❷細胞抽出液による伝統的in vitro翻訳 ❸PUREシステム:再構成遺伝子発現系

5.タンパク質-核酸相互作用の解析

in vitro反応による方法 ❷細胞内での相互作用の検出

6.タンパク質同士の結合の解析

❶免疫沈降-ウエスタンブロッティング法 ❷結合能をもつタグ付きタンパク質を使う方法
❸細胞を使う方法 ❹ファーウエスタン法 ❺結合タンパク質を網羅的に検索するその他の方法

7.イメージング解析

❶光学顕微鏡とその発展形 ❷電子顕微鏡 ❸走査型プローブ顕微鏡

章末問題

14章 エピゲノムとその解析

A.クロマチンとエピゲノム

1.クロマチンの基本構造

❶クロマチンとは ❷ヌクレオソームとヒストン ❸ヌクレオソーム形成反応 ❹高次クロマチン構造:クロマチンの階層的折り畳み

2.エピゲノム:修飾されたクロマチン

❶DNAのメチル化 ❷ヒストンの化学修飾 ❸ヌクレオソームアレイの変更 ❹クロマチン会合分子

3.エピジェネティクス

❶ゲノムインプリンティング ❷X染色体不活化 ❸遺伝子の位置効果による斑入り

B.クロマチン,エピゲノムの解析

4.解析方針

5.メチル化DNAの検出

❶メチル化DNAの分離・調製 ❷メチル化DNA配列の同定

6.クロマチンタンパク質の解析

❶解析の概要 ❷個別部位における結合タンパク質の解析:ChIPアッセイ ❸結合部位の網羅的同定

7.高次クロマチン構造の解析

❶古典的なクロマチン分析法 ❷オープンクロマチン領域の解析 ❸3C法およびその関連法

章末問題

第Ⅳ部 遺伝子工学の応用と安全性の確保

15章 ゲノム工学と関連技術

1.ゲノム工学とは

A.遺伝子導入個体の作出とそれに付随する技術

2.遺伝子導入(トランスジェニック)個体の作製

❶作製法 ❷トランスジェニック実験の評価

3.植物の生命工学

❶植物を対象とする生命工学 ❷植物細胞への遺伝子導入 ❸植物に特有な問題

B.ゲノムを狙った通りに改変する技術

4.遺伝子ターゲティング

❶概要 ❷条件(コンディショナル)ノックアウト

5.ゲノム編集

❶背景と概要 ❷初期に開発された方法 ❸現在の主流:CRISPR/Cas9法 ❹CRISPR/Cas9法の課題

6.新しい時代のCRISPR/Cas9利用法

❶基盤技術の進歩 ❷Cas9をニッカーゼとして使う ❸トランスポゾンとの相互作用を利用する ❹エフェクターの多様な機能を利用する ❺因子集積プラットフォームとして使う

章末問題

16章 小型核酸による細胞機能の特異的制御

A.総論

1.特異的細胞制御因子としての小型核酸

❶概要 ❷使い方

2.使用に関する基本的留意点

❶分解抵抗性付与 ❷細胞移入法 ❸オフターゲット効果

B.各論

3.アンチセンス核酸

❶概要 ❷作用機構 ❸分子デザイン ❹ヘテロ二本鎖としての使用

4.siRNAとRNA干渉

❶RNA干渉:始まりと概要 ❷遺伝子ノックダウン ❸遺伝子抑制機構 ❹siRNAのデザイン ❺shRNAによる恒常的遺伝子抑制

5.マイクロRNA

❶マイクロRNA(miRNA)とは ❷miRNAにかかわる核酸医薬

6.アプタマー:結合性核酸

❶アプタマーの発見 ❷改良や応用

7.リボザイム

8.デコイとしての使用

9.自然免疫賦活化活性をもつCpGオリゴ

章末問題

17章 医療における遺伝子工学

A.医薬

1.新規創薬モダリティの移り変わり

2.抗体医薬

❶免疫療法 ❷単クローン抗体とその作製 ❸単クローン抗体のヒトへの適用 ❹抗体の医薬としての使い方 ❺抗体医薬の進化

3.核酸を医薬として使う

❶核酸医薬というモダリティ ❷薬剤の組織デリバリー(送達) ❸毒性

4.核酸ワクチン

❶ワクチンとは ❷核酸ワクチンの多様性

B.治療

5.遺伝子治療

❶遺伝子治療という選択肢 ❷遺伝子治療の経緯 ❸遺伝子導入のためのベクター ❹遺伝子改変T細胞療法 ❺その他の取り組み

C.細胞の脱分化・分化・移植

6.幹細胞工学,組織工学,再生医療

❶分化,幹細胞,再生 ❷人工的な多能性幹細胞 ❸多能性幹細胞を使う再生医療 ❹分化細胞の移植に関する課題 ❺iPS細胞を用いるその他の取り組み

D.新しい時代の生命科学

7.膨大なデータに基づく生命科学

❶シングルオミクスからトランスオミクスへ ❷生命情報に基づく医学・医療 ❸最新生命科学研究の潮流

章末問題

18章 遺伝子操作における安全性確保:カルタヘナ法

1.遺伝子組換え実験の自己規制

2.カルタヘナ法の成立

❶その後の経過 ❷カルタヘナ議定書 ❸法令で使用される用語の意味 ❹法令に規制されない遺伝子組換え実験

3.遺伝子組換え生物の使用と実験分類

❶遺伝子組換え生物等(LMO)の使用形態と実験の申請 ❷機関承認実験と大臣確認実験 ❸実験分類

4.実験の種類と拡散防止措置

❶実験の種類 ❷拡散防止措置

5.留意すべきこと

章末問題

付録

索引

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  • 【本書名】基礎から学ぶ遺伝子工学 第3版
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