冷凍動物園
動物の遺伝物質の保管施設

冷凍動物園とは、動物から採取した遺伝物質（ DNA、精子、卵子、胚、生体組織など）を液体窒素タンク内で極低温（-196℃）で保存する施設です。 [1]この方法で保存された物質は無期限に保管することができ[2] 、人工授精、体外受精、胚移植、クローン作成などに利用できます。世界には、保全活動の一環としてこの技術を導入している冷凍動物園がいくつかあります。ピレネーアイベックス、クロアシイタチ、そしてシロサイなど、様々な種がこの技術に導入されています。

概要

サンディエゴ動物園は1972年に最初の「冷凍動物園」プログラムを立ち上げました。

最初の冷凍動物園は、1972年にサンディエゴ動物園に病理学者カート・ベニルシュケによって設立されました。[3] [4] [5]当時はコレクションを活用する技術はありませんでしたが、ベニルシュケは将来そのような技術が開発されると信じていました。[6]冷凍動物園のアイデアは、後にグレゴリー・ベンフォードが1992年に発表した「生命の図書館」を提案する論文で支持されました。[7]サンディエゴ動物園などの動物園やオーデュボン絶滅危惧種研究センターなどの研究プログラム[8] [2]では、絶滅危惧種の遺伝子プールの多様性を保護するため、またはタスマニアタイガー[9]やマンモス[10]などの絶滅種の将来的な再導入に備えるために、遺伝物質を冷凍保存しています。

冷凍動物園のための材料集めは、オスの精子が豊富なため容易である。精子は動物の死後も採取できる。メスの卵子生産は通常低いが、ホルモン治療によって増やすことで、種にもよるが10～20個の卵母細胞を得ることができる。一部の冷凍動物園では、卵子を受精させて胚を凍結保存することを好む。これは、胚が凍結保存プロセス下でより回復力を持つためである。[11]また、一部のセンターでは絶滅危惧動物や絶滅種の皮膚細胞サンプルを収集している。スクリプス研究所は、皮膚細胞から人工多能性幹細胞（ IPS細胞）と呼ばれる特殊な細胞を培養することに成功している。理論的には、これらのIPS細胞から精子と卵子を作ることが可能である。[4]

2021年現在、絶滅危惧種の遺伝的多様性を高めるため、冷凍動物園で細胞が保存されていた複数の動物のクローン化が行われている[アップデート]。絶滅種のクローン化は2003年に一度試みられたが、生まれたばかりのピレネーアイベックスはクローン化に関連している可能性のある発育障害で死亡した。また、冷凍動物園には繁殖可能なピレネーアイベックスの個体群を再現するのに十分な遺伝子サンプルが存在しない。

設備

サンディエゴ動物園保全研究所の冷凍動物園は現在、800種以上の動物と亜種から8,400点の標本を保管しています。[12]これは、米国やヨーロッパの他の動物園における同様のプロジェクトの先駆けとなっています。[13] [14]しかし、世界にはまだ冷凍動物園が12か所にも満たない状況です。[2]

アラブ首長国連邦シャルジャにある絶滅危惧アラビア野生生物繁殖センター（BCEAW）では、絶滅が極めて危惧されているゴードンヤマネコ（Felis silvestris gordoni）やアラビアヒョウ（Panthera pardus nimr）（野生では50頭しかいない）の胚が保管されている。[11]

ニューオーリンズ大学付属のオーデュボン絶滅危惧種研究センターは、冷凍動物園を維持しています。2000年、同センターは絶滅危惧種であるアフリカヤマネコの凍結融解胚を飼い猫の子宮に移植し、健康なオスのヤマネコを誕生させました。[15]

フローズンアークは2004年に設立され、ロンドン動物学会、ロンドン自然史博物館、ノッティンガム大学によって共同で管理されている冷凍動物園である。[16] [17]この組織は、DNA研究所、コンソーシアム、分類群の専門家グループ、データベースなど、多くの異なる部門を持つ慈善団体として運営されている。[18] DNA研究所では、科学者から収集されたサンプルが保管され、さまざまな研究プロジェクトが実施されている。 コンソーシアムは、動物園、水族館、博物館、大学のさまざまな重要なグループをまとめる橋渡しの役割を果たしている。分類群の専門家グループは、主要な門やIUCNレッドリストなどのリストを監視している。データベースは、慈善団体の他のすべての機能を実行するために必要なすべてのレポートと記録が保存されているため、不可欠な要素である。[18]将来的には、動物園や水族館が、保全活動に役立てるために、絶滅の危機に瀕している種からサンプルを自館で収集できるようになることが期待されている。[18]これらのサンプルを採取・凍結することで、配偶子を個体群間で分配することが可能になります。サンプルは、生きている宿主だけでなく、死亡した宿主からも採取できます。[18] [19]

ジョージア大学再生バイオサイエンスセンターは、冷凍動物園を建設している。RBC所長のスティーブン・スティス氏と動物・酪農科学助教授のフランクリン・ウェスト氏は、絶滅危惧種のネコ科動物を救うという思いからこの施設を創設した。科学者たちはすでにスマトラトラから細胞を抽出しており、人工授精に利用できる可能性がある。人工授精は、解剖学的または生理学的理由により自然な方法で繁殖できない動物にとって治療法となる。また、保存された遺伝物質の再生は、遺伝的改良を促進し、近親交配を防ぐことも可能にする。現代の技術は、動物を飼育することなく遺伝子操作を可能にしている。しかし、野生復帰を成功させるには、新たな科学の応用と、以前に収集された十分な量の材料が必要となるだろう。[11]

欠点

非常に低い温度が必要なため、DNAサンプルにはさまざまなレベルのストレスがかかります。特に精子は、温度ショック、浸透圧ストレス、酸化ストレスによるストレスを受け、酸化ストレスが最も有害です。[20]温度ショックが発生すると、精子の凍結と解凍によって膜が損傷します。浸透圧ストレスは、凍結プロセス中に核内に氷の結晶が形成されるときに発生し、細胞内に異なる浸透圧を引き起こします。酸化ストレスは、反応性が強く細胞のすべての部分に損傷を与える活性酸素種（ROS）が多すぎることによって発生します。[20] [21]これらのストレス要因は細胞内に存在しますが、それぞれに解決策があります。サンプルにコレステロールを導入することで、温度ショックを軽減できます。不凍タンパク質の使用は、浸透圧ストレスに対する1つの解決策となります。酸化ストレスは、ROSの反応性の高い成分のために対処するのが最も困難ですが、凍結融解による損傷を制限し、DNAの生存率を高めるために特定のタンパク質を追加するなどの対策があります。[20]

アプリケーション

ガウル

自然死したガウルの皮膚細胞の一部が凍結保存され、サンディエゴ冷凍動物園に展示されました。8年後、これらの細胞から採取したDNAを家畜牛の卵子に移植し、胚（種間クローン）を作成しました。胚は家畜牛（Bos taurus）に移植されました。2001年1月8日、アイオワ州スーセンターでノアと名付けられたガウルが誕生しました。ノアは当初は健康でしたが、翌日、クロストリジウム腸炎を発症し、生後48時間以内に赤痢で死亡しました。これはクローン動物ではない動物では珍しいことではなく、研究者たちはクローン動物によるものではないと考えていました。[22]

バンテン

バンテンはクローン化に成功した2番目の絶滅危惧種であり、幼少期を過ぎても生き残った最初のクローンである。[23] [24]マサチューセッツ州ウースターのアドバンスト・セル・テクノロジー社の科学者らは、サンディエゴの冷凍動物園施設で保存されていた死んだ雄のバンテンの皮膚細胞からDNAを抽出し、それを家畜のバンテン牛の卵子に移植した。このプロセスは体細胞核移植と呼ばれる。30個の胚が作成され、家畜のバンテン牛に移植された。2頭は満期まで妊娠し、帝王切開で出産した。1頭目は2003年4月1日に生まれ、2頭目は2日後に生まれた。2頭目は巨大児症候群（過成長障害）を患っていたとみられ、安楽死させられたが、1頭目は生き延びてサンディエゴ動物園で7年間生き、2010年4月に足を骨折して安楽死させられた後に死んだ。[25] [26]

プルゼヴァルスキー馬のクローン

プルジェヴァルスキー馬

2020年、サンディエゴ動物園グローバル、ViaGen Equine、Revive & Restoreの協力により、初のクローン馬モウセンウマが誕生した。[27]このクローン作成は体細胞核移植（SCNT）によって行われ、体細胞のDNAを含む核を、自身の核を除去した未熟な卵細胞（卵母細胞）に移植することで生存可能な胚を作成し、体細胞ドナーと遺伝的に同一の子孫を産む。[28]使用された卵母細胞は家畜馬のものであったため、これは種間SCNTの例であった。[29]

体細胞ドナーはクポロビッチという名のモウズベリ馬の種牡馬で、1975年に英国で生まれ、3年後に米国に移され、1998年に死亡した。飼育下のモウズベリ馬の遺伝的多様性の喪失に対する懸念と、新たなクローン技術の開発への期待から、種牡馬の組織はサンディエゴ動物園の冷凍動物園で冷凍保存された。1980年代にこの個体を繁殖させたことで、飼育下の個体群の遺伝的多様性はすでに大幅に増加していた。これは、この個体が、飼育下の創始者2頭の失われた遺伝物質を含む、当時生存していたどの馬よりも多くの固有の対立遺伝子を持っていることが判明したためである。 [27]クローンを作成するために、凍結された皮膚線維芽細胞が解凍され、細胞培養で増殖された。[30]家畜馬から卵母細胞を採取し、その核を培養したモウズイカ線維芽細胞から採取した核と置換した。得られた胚は分裂を開始させ、胚盤胞期に達するまで培養した後、家畜馬の代理母に移植した。 [30]代理母は胚を出産まで育て、はるか昔に亡くなった種牡馬のモウズイカDNAを持つ子馬を出産した。

クローン馬は、絶滅危惧種の遺伝物質を冷凍保存するというアイデアを考案した遺伝学者、クルト・ベニルシュケ博士にちなんで「クルト」と名付けられました。彼のアイデアは、遺伝子ライブラリーとして「フローズン・ズー」の創設につながりました。 [31]サンディエゴ動物園サファリパークには繁殖用の馬がいます。[32]子馬が成長すると、サンディエゴ動物園サファリパークの繁殖用の馬に移されました。[32]これは、クポロヴィッチの遺伝子を、飼育されているより大きなモウズベリ馬の個体群に受け継がせ、種の遺伝的多様性を高めるためです。2023年には、同じ細胞株から2頭目のクローン馬「オリー」が誕生しました。[27]

クロアシイタチ

絶滅危惧種であるクロアシイタチ（Mustela nigripes）の近交弱勢を軽減するため、 Revive & Restoreは、サンディエゴ動物園野生生物同盟冷凍動物園に保管されている歴史的細胞株から個体をクローン化する継続的な取り組みを支援しています。このプログラムは、生きた遺伝子プールから失われた遺伝的多様性を回復することを目指しています。

2020年12月10日、世界初のクローンクロアシイタチが誕生しました。エリザベス・アンと名付けられたこのイタチは、米国で絶滅危惧種のクローン化に成功した初の事例となりました。[33] [34]

エリザベス・アン、最初のクローンクロアシイタチ。2021年2月18日（生後70日）に体重測定中。

1980年代に野生捕獲されたクロアシイタチ2匹の細胞が、サンディエゴ野生生物同盟冷凍動物園で保存されていました。これらの個体は飼育下では繁殖しませんでした。そのうち1匹は、2020年12月にこの種の遺伝的多様性を高めるためにクローン化されました。両個体とも、今後さらにクローン化が計画されています。当初は、クローン化されていない個体とは別に繁殖されます。[35]

ピレネーアイベックス

ピレネーアイベックスの種間クローンの図

ピレネーアイベックスは2000年に絶滅しました。2003年には、最後の個体（枝に倒れて死んだ雌）の凍結細胞を用いて208個のクローン胚が作製され、そのうち7個はヤギに着床し、1個は出産まで生き残りました。この1頭は生後すぐに呼吸不全で死亡しました。クローン技術の結果として、肺が正常に発達しなかった可能性が非常に高いと考えられます。繁殖個体群を形成するのに十分な数の細胞が保存されていない可能性があります。[36] [37]アイベックスは死亡しましたが、DNA分析の結果、この子孫は最後の生き残りの子孫から生まれたクローンであることが明らかになりました。[38]

潜在的な候補者

シロサイ

キタシロサイ（Ceratotherium simum cottoni）の個体数減少に対する懸念は、密猟者にとっての角の価値が高まったことで、長年にわたって高まってきた。具体的には、個体数は2011年から2019年の間に約70％減少した。 [39] SCNTなどのプロセスは、個体数の回復に向けた保全活動を支援することができる。研究者は、無限の可能性を秘めた人工多能性幹細胞（iPSC）に注目している。[40]個体数が限られているため種内での自然交配が行われないため、この亜種は研究者にiPSC介入の機会を提供している。新鮮精液による人工授精（AI）などの他の方法は、別の亜種であるミナミシロサイ（Ceratotherium simum simum）で効果的に使用されている。[41]凍結融解精液は試験され、いくつかの成功を収めており、種全体の繁殖に関する問題の解決に役立っています。[41]

参照

参考文献

  1. ^ マグダレナ・ペクル (1997 年 12 月)。 「ザムロワン動物園」。 「ヴィエザ・イ・ジチェ」。 2011 年 9 月 29 日にオリジナルからアーカイブされました。2010 年 4 月 26 日に取得。
  2. ^ abc 「Frozen Zoo」. Audubon Nature Institute. 2011年3月22日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2010年4月28日閲覧。
  3. ^ ウィリアムズ、ショーナ（2018年9月14日）「保全生物学者で胎盤専門家のクルト・ベニルシュケ氏が死去。サンディエゴ動物園の冷凍保存施設「フローズン・ズー」を設立」『ザ・サイエンティスト』 。 2019年10月10日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2018年12月2日閲覧。
  4. ^ ab Harris, Paul (2010年8月28日). 「絶滅危惧種の危機からの回復を目指す冷凍動物園」ガーディアン紙. 2018年12月2日閲覧。
  5. ^ Dan Collins (2002年10月14日). 「サンディエゴの凍った動物園」. AP通信とCBSニュース. 2010年4月28日閲覧。
  6. ^ Squarci, Gaia; Cornet, Laurence (2017年2月28日). 「絶滅した動物たちが『冷凍動物園』で新たな未来を見つける」Mashable . 2018年12月2日閲覧。
  7. ^ グレゴリー・ベンフォード、1992年11月15日。「生命の図書館を救う」
  8. ^ 「Species Survival Center」オーデュボン自然研究所。2011年1月17日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2010年4月28日閲覧。
  9. ^ マルギット・コソブツカ (2002-10-14)。 「ウィギニウ、テラズ・ポウラカ」。 Gazeta Wyborcza.pl 。2010 年 4 月 26 日に取得。
  10. ^ ヤン・ソハチェフスキ (2007-10-12)。 「ザムロジョネ・マムティ・ポヴロコン・ド・シヴィアタ・ジヴィチ」。 Dziennik.pl 。2011 年 2 月 20 日に取得。
  11. ^ abc FJ de Haas van Dorsser MA VetMB MRCVS. 「The Frozen Zoo: Breeding Centre for Endangered Arabian Wildlife, Sharjah, UAE」アラビアン・ワイルドライフ. オリジナルより2010年5月21日アーカイブ。2010年4月26日閲覧。
  12. ^ 「チルアウト：冷凍動物園が環境保護プロジェクトを支援」サンディエゴ動物園。2010年4月26日閲覧。
  13. ^ 「科学会議 - 冷凍アークプロジェクト」ZSLロンドン動物園。2010年10月23日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2010年4月26日閲覧。
  14. ^ 「Welcome to the Frozen Ark」. The Frozen Ark Project. 2015年12月11日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2010年4月26日閲覧。
  15. ^ 「冷凍動物園：ニューオーリンズ大学と絶滅危惧種を救う新たな世界」サイエンス・デイリー、2001年3月12日。 2018年12月2日閲覧。
  16. ^ ケトルウェル、ジュリアンナ（2004年7月27日）「『冷凍の箱舟』が動物のDNAを保存」BBCニュース。 2010年7月19日閲覧。
  17. ^ ジョンストン、ヘレン（2004年7月27日）「絶滅危惧種、フローズン・アークに居場所を確保」テレグラフ。2010年1月18日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2010年7月19日閲覧。
  18. ^ abcd Clarke, AG (2009年1月). 「冷凍の箱舟プロジェクト：絶滅危惧動物の遺伝物質の保存における動物園・水族館の役割」 .国際動物園年鑑. 43 (1): 222– 230. doi :10.1111/j.1748-1090.2008.00074.x. ISSN  0074-9664.
  19. ^ Lermen, Dominik; BlöMeke, Brunhilde; Browne, Robert; Clarke, Ann; Dyce, Paul W.; Fixemer, Thomas; Fuhr, GüNter R.; Holt, William V.; Jewgenow, Katarina; Lloyd, Rhiannon E.; LöTters, Stefan; Paulus, Martin; Reid, Gordon Mcgregor; Rapoport, Daniel H.; Rawson, David (2009年3月). 「生存可能な生体材料のクライオバンキング：保全のための新たな戦略の実施」 . Molecular Ecology . 18 (6): 1030– 1033. Bibcode :2009MolEc..18.1030L. doi :10.1111/j.1365-294X.2008.04062.x. ISSN  0962-1083. PMID  19207252. S2CID  205361461.
  20. ^ abc Kumar, Abhishek; Prasad, Jk; Srivastava, N.; Ghosh, Sk (2019年12月). 「哺乳類精子の従来の凍結保存における、様々なストレス関連の凍結融解損傷を最小限に抑えるための戦略」. Biopreservation and Biobanking . 17 (6): 603– 612. doi : 10.1089/bio.2019.0037 . ISSN  1947-5535. PMID  31429586.
  21. ^ Burton, Graham J.; Jauniaux, Eric (2011-06-01). 「酸化ストレス」. Best Practice & Research Clinical Observation & Gynaecology . 胎盤床および母体・胎児疾患. 25 (3): 287– 299. doi : 10.1016/j.bpobgyn.2010.10.016 . ISSN  1521-6934. PMC 3101336. PMID 21130690  . 
  22. ^ Advanced Cell Technology, Inc. (2001). 「プレスリリース – 絶滅危惧種のクローン動物、2001年1月8日（月）午後7時30分に誕生」。2008年5月31日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  23. ^ 「In brief」. Nature Biotechnology . 21 (5): 473– 475. 2003. doi :10.1038/nbt0503-473. S2CID  12907904.
  24. ^ 「バンテンのクローンが絶滅危惧動物保護活動の先頭に立つ」シドニー・モーニング・ヘラルド2003年4月9日. 2020年5月12日閲覧。
  25. ^ 「共同作業で絶滅危惧種のクローンが誕生」『Advanced Cell Technology』2003年4月8日。2006年10月23日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  26. ^ Ro, C. 「『絶滅動物』動物園の実現可能性はますます高まっている」BBC 。 2020年5月12日閲覧。
  27. ^ abc 「Przewalski's Horse (Takhi) Project | Revive & Restore」. 2025年1月4日閲覧。
  28. ^ Tian, X. Cindy; Kubota, Chikara; Enright, Brian; Yang, Xiangzhong (2003-11-13). 「体細胞核移植による動物のクローン作成 ― 生物学的要因」.生殖生物学・内分泌学. 1 (1): 98. doi : 10.1186/1477-7827-1-98 . ISSN  1477-7827. PMC 521203. PMID 14614770  . 
  29. ^ Lagutina, Irina; Fulka, Helena; Lazzari, Giovanna; Galli, Cesare (2013年10月). 「種間体細胞核移植：進歩と課題」. Cellular Reprogramming . 15 (5): 374– 384. doi :10.1089/cell.2013.0036. ISSN  2152-4971. PMC 3787369. PMID 24033141  . 
  30. ^ ab 「クローンについて | Revive & Restore」 。 2020年11月15日閲覧。
  31. ^ “Kurt Benirschke (1924-) | The Embryo Project Encyclopedia”. embryo.asu.edu . 2020年11月15日閲覧。
  32. ^ ab Beale, Mel (2021年6月10日). 「アメリカの動物園で生まれたクローン馬が、絶滅危惧種の生存の鍵となる理由」. Your Horse .
  33. ^ Magazine, Smithsonian; Fox, Alex (2021-02-22). 「エリザベス・アンは世界初のクローン化されたクロアシイタチ」. Smithsonian Magazine . 2023年5月13日閲覧。
  34. ^ 「Black-footed Ferret Project」. Revive & Restore . 2014年7月3日. 2023年5月13日閲覧。
  35. ^ 「Black-footed Ferret Project - Revive & Restore」 . 2021年10月24日閲覧。
  36. ^ “絶滅動物のクローンが初めて作製”. Science . 2009年2月10日. 2021年2月25日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2021年10月24日閲覧。
  37. ^ 「絶滅回復の危険性」人間と自然センター2017年7月4日. 2021年10月24日閲覧。
  38. ^ Piña-Aguilar, Raul E.; Lopez-Saucedo, Janet; Sheffield, Richard; Ruiz-Galaz, Lilia I.; de J. Barroso-Padilla, Jose; Gutiérrez-Gutiérrez, Antonio (2009年9月). 「核移植による絶滅種の復活：マンモスへの希望、ピレネーアイベックスへの真実、しかし『保全クローニング』の時代は来たのか？」 . Cloning and Stem Cells . 11 (3): 341– 346. doi :10.1089/clo.2009.0026. ISSN  1536-2302. PMID  19594389.
  39. ^ 「2021年サイの現状報告書」国際サイ財団2021年9月21日. 2023年11月3日閲覧。
  40. ^ Friedrich Ben-Nun, Inbar; Montague, Susanne C.; Houck, Marlys L.; Tran, Ha T.; Garitaonandia, Ibon; Leonardo, Trevor R.; Wang, Yu-Chieh; Charter, Suellen J.; Laurent, Louise C.; Ryder, Oliver A.; Loring, Jeanne F. (2011年10月). 「高度に絶滅危惧種由来の人工多能性幹細胞」 . Nature Methods . 8 (10): 829– 831. doi :10.1038/nmeth.1706. ISSN  1548-7105. PMID  21892153. S2CID  9791672.
  41. ^ ab Hermes, R.; Göritz, F.; Saragusty, J.; Sós, E.; Molnar, V.; Reid, CE; Schwarzenberger, F.; Hildebrandt, TB (2009-02-01). 「サイにおける凍結融解精液を用いた初の人工授精成功」 . Theriogenology . 71 (3): 393– 399. doi :10.1016/j.theriogenology.2008.10.008. ISSN  0093-691X. PMID  19007979.
「https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=アナと雪の女王&oldid=1331005705」より取得