医薬品製造におけるバイオテクノロジー
医薬品の製造によく利用される大腸菌。

バイオテクノロジーとは、生物を利用して有用な製品を開発することです。バイオテクノロジーは医薬品の製造においてよく利用されています。注目すべき例としては、細菌を用いてインスリンやヒト成長ホルモンなどを生成することが挙げられます。また、遺伝子組み換え豚を用いてヒト用のヘモグロビンを生成することも挙げられます。

ヒトインスリン

インスリン結晶

医薬品製造におけるバイオテクノロジーの最も初期の応用例の一つは、1978年にジェネンテック社で行われた、大腸菌を改変してヒトインスリンを生産する組換えDNA技術の利用である。 [ 1 ]この技術が開発される前は、インスリンは牛、豚、その他の家畜の膵臓から抽出されていた。動物由来のインスリンは糖尿病の治療に一般的に有効であるものの、ヒトインスリンと区別がつかないため、アレルギー反応を引き起こす可能性がある。[ 2 ]ジェネンテック社の研究者らは、インスリン分子を構成する2つのタンパク質鎖それぞれについて人工遺伝子を作製した。人工遺伝子は「その後、ラクトースによって活性化される遺伝子群の中に…プラスミドに挿入された」[ 1 ]。こうして、インスリン産生遺伝子もラクトースによって活性化されるようになった。組み換えプラスミドは大腸菌に挿入され、「A鎖またはB鎖のヒトインスリン分子を10万個生成するように誘導された。」[ 1 ]その後、2つのタンパク質鎖が結合してインスリン分子が生成されました。

ヒト成長ホルモン

成長ホルモン

細菌を組み換えDNA技術でヒト成長ホルモンを産生させる以前は、動物成長ホルモンはヒトに対する治療効果がないため、死体の下垂体からホルモンを抽出して製造していた。1年分のヒト成長ホルモンを生産するには最大50個の下垂体が必要となり、[ 3 ]深刻なホルモン不足を引き起こした。[ 4 ] 1979年、ジェネンテック社の科学者らはヒト成長ホルモンをコードするDNAを大腸菌に移植したプラスミドに挿入することでヒト成長ホルモンを生産した。プラスミドに挿入された遺伝子は、下垂体にあるmRNAを相補DNAに逆転写することで生成された。 HaeIIIは、ヒト成長ホルモンの相補DNAの「3'非コード領域」[ 5 ]および23番目のコドンにある制限酵素部位に作用する制限酵素の一種であり、「HGHのアミノ酸24～191のコード配列を含む551塩基対のDNA断片」を生成するために用いられた。[ 5 ]次に、「ATG開始コドンを含む化学的に合成されたDNA『アダプター』断片」[ 5 ]が、ヒト成長ホルモンの1番目から23番目のアミノ酸のコドンを用いて生成された。「2つのDNA断片は…合成・天然『ハイブリッド』遺伝子を形成するために結合された」[ 5 ] 。ヒト成長ホルモンのアミノ酸配列は非常に長いため、大腸菌でヒト成長ホルモンに翻訳される遺伝子を生成するために、完全に合成的なDNA製造法を用いることは、非常に骨の折れる作業であったであろう。しかし、ヒト成長ホルモンのmRNAから逆転写されたcDNAを大腸菌に挿入されたプラスミドに直接挿入すると、大腸菌はヒトでは翻訳されない遺伝子領域を翻訳し、その結果「余分な26個のアミノ酸を含むプレホルモン」[ 5 ]が生成され、これを除去するのは困難になる可能性があります。

ヒト血液凝固因子

組換えDNA技術を用いたヒト血液凝固因子 の製造法が開発され、FDA（米国食品医薬品局）の承認を得る以前は、ヒト血液凝固因子はHIV検査が不十分な献血血液から製造されていました。そのため、ヒト血液凝固因子を投与された血友病患者は、HIV感染に重大な危険にさらされていました。

多くの報告によると、1979年から1984年の間に第VIII因子濃縮製剤に曝露した血友病患者の60～80%が、ウェスタンブロット法でHIV血清陽性を示した。1988年5月時点で、659人以上の血友病患者がエイズを発症していた… [ 6 ]

組み換えDNA技術を用いて大量に生産された最初のヒト血液凝固因子は、 1986年に遺伝子組み換えチャイニーズハムスター卵巣細胞を用いて生産された第IX因子であった。 [ 7 ]ヒトゲノムの地図がなかったため、研究者らは第IX因子のアミノ酸を調べることによって、第IX因子のRNAの既知の配列を得た。

高度に精製された[第IX因子]のマイクロシークエンシングにより、オリゴヌクレオチドプローブを構築するのに十分なアミノ酸配列が得られました。[ 8 ]

血液凝固因子はヒトの肝臓で生成されることが知られていたため、既知の第IX因子RNA配列は、ヒトの肝臓で見つかったDNAのライブラリーから第IX因子をコードする遺伝子を検索するために使用されました。[ 8 ]

ユニークなオリゴヌクレオチド...第IX因子mRNAに相同性があり...合成され、標識されました...得られたプローブは、ヒト肝臓二本鎖cDNAライブラリーのスクリーニングに使用されました... [関連] cDNAの完全な二本鎖DNA配列は、11番目のコドンのCOOH末端（11）のコード配列のすべてと、3'非翻訳配列全体を含んでいました。[ 7 ]

この cDNA 配列は、X 染色体内の DNA を検索して、第 IX 因子遺伝子を構成する残りの DNA 配列を見つけるために使用されました。

ヒトXXXX染色体由来のゲノムライブラリーを調製し、第IX因子cDNAプローブを用いてスクリーニングした。ハイブリダイズする組換えファージを単離し、プラーク精製後、DNAを単離した。制限酵素地図作成、サザンブロット分析、DNAシークエンシングにより、5つの組換えファージを含む挿入断片が同定され、共通配列が重複することで、35kbの第IX因子遺伝子全体をコードしていた。[ 9 ]

第IX因子遺伝子を含むプラスミドと、メトトレキサート耐性をコードする遺伝子を含むプラスミドを、トランスフェクションによってチャイニーズハムスター卵巣細胞に挿入した。トランスフェクションとは、真核細胞へのDNAの挿入である。細菌における形質転換の類似過程とは異なり、トランスフェクションされたDNAは通常、細胞のゲノムに組み込まれず、したがって細胞分裂によって次の世代に受け継がれることはない。したがって、「安定した」トランスフェクションを得るためには、生存に有意な利点をもたらす遺伝子もトランスフェクションする必要があり、トランスフェクションされたDNAをゲノムに組み込んだ少数の細胞は、DNAを組み込まなかった細胞が排除されるにつれて、その集団を増加させる。この研究の場合、「メトトレキサート濃度の上昇に伴う増殖」[ 10 ]は、安定的にトランスフェクションされた細胞の生存を促進し、他の細胞の生存を減少させた。

安定的にトランスフェクトされたチャイニーズハムスター卵巣細胞は、ヒトの血液から生成される第IX因子よりも低い程度ではあるものの、かなりの量の第IX因子を生成し、それがかなりの凝固特性を持つことが示されました。

組換え第IX因子の比活性は、凝固活性の直接測定に基づいて測定されました...組換え第IX因子の比活性は75単位/ mgでした...血漿由来第IX因子で測定された150単位/ mgと比較して... [ 11 ]

1992年、FDAは遺伝子組み換えチャイニーズハムスター卵巣細胞を用いて製造された第VIII因子を承認した。これは組み換えDNA技術を用いて製造された最初の血液凝固因子であった。[ 12 ]

遺伝子組み換え家畜

遺伝子組み換え世代の豚は、人間用の血液代替物の製造に利用される可能性があります。

組み換えDNA技術は、ヒト用の医薬品を生産できる遺伝子組み換え家畜の作製にも利用されています。例えば、ヒトヘモグロビンを産生する豚が作られました。このような豚の血液をそのままヒトへの輸血に用いることはできませんが、ヘモグロビンを精製して血液代替物の製造に用いることは可能です。[ 13 ]

パクリタキセル（タキソール）

ブリストル・マイヤーズ スクイブは、ペニシリウム・ライストリッキと植物細胞発酵 (PCF) を使用してパクリタキセルを製造しています。

アルテミシニン

遺伝子組み換え酵母はアルテミシニンやいくつかのインスリン類似体の生産に使用されている。[ 14 ]

参照

参考文献

  1. ^ a b c「ヒトインスリン：黄金プラスミドの獲得」.サイエンスニュース. 114 (12): 195– 196. 1978年9月16日. doi : 10.2307/3963132 . JSTOR  3963132 .
  2. ^ Brar, Deepinder：「インスリンの歴史」 http://www.med.uni-giessen.de/itr/history/inshist.html 2018年11月1日アーカイブ、Wayback Machine、2006年6月14日アクセス
  3. ^「ヒト成長ホルモン、研究室が同率で発見」『サイエンスニュース』116 (2): 22. 1979年7月14日. doi : 10.2307/3964172 . JSTOR 3964172 . 
  4. ^ Walgate R (1981年3月). 「下垂体機能低下」 . Nature . 290 (5801): 6–7 nbgcyt5. doi : 10.1038/290006b0 . PMID 7207586 . 
  5. ^ a b c d eゲッデル DV、ヘイネカー HL、穂積 T、他。 （1979年10月）。 「ヒト成長ホルモンをコードする DNA 配列の大腸菌内での直接発現」。自然。281 (5732): 544– 8. Bibcode : 1979Natur.281..544G。土井: 10.1038/281544a0。PMID 386136。S2CID 4237998。  
  6. ^ White GC, McMillan CW, Kingdon HS, Shoemaker CB (1989年1月). 「古典的血友病患者2名の治療における組換え抗血友病因子の使用」. N. Engl. J. Med . 320 (3): 166– 70. doi : 10.1056/NEJM198901193200307 . PMID 2492083 . 
  7. ^ a b Kaufman RJ, Wasley LC, Furie BC, Furie B, Shoemaker CB (1986年7月). 「チャイニーズハムスター卵巣細胞で合成された組換えγ-カルボキシル化第IX因子の発現、精製、および特性評価」 . J. Biol. Chem . 261 (21): 9622–8 . doi : 10.1016/S0021-9258(18)67559-3 . PMID 3733688 . 
  8. ^ a b Toole JJ, Knopf JL, Wozney JM, et al. (1984). 「ヒト抗血友病因子をコードするcDNAの分子クローニング」Nature . 312 (5992): 342–7 . Bibcode : 1984Natur.312..342T . doi : 10.1038/312342a0 . PMID 6438528 . S2CID 4313575 . 343ページ  
  9. ^カウフマン、9622～9623ページ
  10. ^カウフマン、9623ページ
  11. ^カウフマン、9626ページ
  12. ^米国食品医薬品局：「最初の組み換えDNA由来凝固因子の認可」 [1]、2006年6月17日アクセス
  13. ^ O'Donnell JK, Martin MJ, Logan JS, Kumar R (1993). 「トランスジェニックブタにおけるヒトヘモグロビンの産生：血液代替物へのアプローチ」. Cancer Detect. Prev . 17 (2): 307–12 . PMID 8402717 . 
  14. ^マーク・ペプロウ. 「サノフィ、マラリア薬の生産を開始 | Chemistry World」 . Rsc.org . 2013年12月17日閲覧。
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