遺伝子組み換え動物

遺伝子組み換え動物とは、医薬品の製造、収穫量の増加、病気への抵抗力の向上など、様々な目的で遺伝子組み換えされた動物のことである。遺伝子組み換え動物の大部分は研究段階にあり、市場に投入されそうな数はまだ少ない。[ 1 ]

生産

哺乳類の遺伝子組み換えプロセスは、時間がかかり、面倒で、費用のかかるプロセスです。[ 2 ]他の遺伝子組み換え生物（GMO）と同様に、遺伝子工学者はまず、宿主生物に挿入したい遺伝子を単離する必要があります。これは、遺伝子を含む細胞から採取することも、人工的に合成することもできます。[ 3 ]選択された遺伝子またはドナー生物のゲノムが十分に研究されている場合は、遺伝子ライブラリーから既にアクセスできる可能性があります。その後、遺伝子はプロモーター領域とターミネーター領域、そして通常は選択マーカーを含む他の遺伝要素と組み合わせられます。[ 5 ]

単離された遺伝子を宿主ゲノムに挿入するための技術は数多く存在する。動物の場合、DNAは通常マイクロインジェクションを用いて挿入される。マイクロインジェクションでは、DNAは細胞の核膜を通して核に直接注入されるか、ウイルスベクターが使用される。[ 6 ]最初のトランスジェニック動物は、ウイルスDNAを胚に注入し、その胚を雌に移植することによって作製された。[ 7 ]挿入されたDNAが胚性幹細胞に存在することを確認する必要がある。[ 8 ]胚が発達し、遺伝物質の一部が生殖細胞に組み込まれることが期待される。その後、研究者は動物が繁殖年齢に達するまで待ち、その後、PCR、サザンハイブリダイゼーション、DNAシークエンシングを用いて、子孫の細胞ごとに遺伝子の存在を確認する。[ 9 ]

新しい技術により、遺伝子改変はより簡単かつ正確になっている。[ 2 ]二本鎖切断を作成し、細胞の自然な相同組み換え修復システムを利用する遺伝子ターゲティング技術は、挿入を正確な場所にターゲットするために開発されている。ゲノム編集では、特定のポイントで切断を作成する人工的に操作されたヌクレアーゼを使用する。操作されたヌクレアーゼには、メガヌクレアーゼ、[ 10 ] [ 11 ]ジンクフィンガーヌクレアーゼ、[ 12 ] [ 13 ]転写活性化因子様エフェクターヌクレアーゼ（TALEN）、[ 14 ] [ 15 ]および Cas9 ガイドRNA システム（CRISPRから適応）の 4 つのファミリーがある。[ 16 ] [ 17 ] TALEN と CRISPR は最もよく使用される 2 つであり、それぞれに利点がある。[ 18 ] TALENは標的特異性が高く、CRISPRは設計が容易で効率的です。[ 18 ] CRISPR-Cas9遺伝子編集システムの開発により、遺伝子組み換え動物の開発に必要な時間が実質的に半分に短縮されました。[ 19 ]

1974年、ルドルフ・イェーニッシュが最初の遺伝子組み換え動物を作り出した。

人類は紀元前1万2000年頃から、自然淘汰とは対照的に、選択的育種、すなわち人為選択によって動物を家畜化してきた。望ましい形質（すなわち望ましい遺伝子）を持つ生物を次世代の繁殖に用い、その形質を持たない生物は繁殖させないという選択的育種のプロセスは、現代の遺伝子組み換えの概念の先駆けである[ 20 ]。1 遺伝学における様々な進歩により、人類は生物のDNA 、ひいては遺伝子を直接改変することが可能となった。1972年、ポール・バーグはサルウイルスのDNAとラムダウイルスのDNAを組み合わせ、最初の組み換えDNA分子を作成した[ 21 ]。[ 22 ]

1974年、ルドルフ・イェーニッシュは、外来DNAを胚に導入してトランスジェニックマウスを作成し、世界初のトランスジェニック動物とした。[ 23 ] [ 24 ]しかし、トランス遺伝子を子孫に伝えるトランスジェニックマウスが開発されるまでには、さらに8年を要した。 [ 25 ] [ 26 ]クローン化された癌遺伝子を持ち、癌を発症しやすい遺伝子組み換えマウスは1984年に作成された。 [ 27 ]遺伝子がノックアウトされたマウス（ノックアウトマウス）は1989年に作成された。最初のトランスジェニック家畜は1985年に作成され[ 28 ]、ミルク中にトランスジェニックタンパク質を合成した最初の動物はマウスであり[ 29 ] 、 1987年にヒト組織プラスミノーゲン活性化因子を産生するように操作された。 [ 30 ]

最初に商品化された遺伝子組み換え動物はGloFishで、これは蛍光遺伝子が追加されたゼブラフィッシュで、紫外線の下で暗闇で光ることができる。[ 31 ]これは2003年に米国市場に投入された。[ 32 ]食用として承認された最初の遺伝子組み換え動物は2015年のAquAdvantageサーモンである。 [ 33 ]このサーモンは、太平洋のキングサーモンの成長ホルモン調節遺伝子と海洋サケのプロモーターで形質転換され、春と夏だけでなく一年中成長できるようにした。[ 34 ]

哺乳類

写真の斑点のあるマウスのような一部のキメラは、遺伝子ターゲティングなどの遺伝子組み換え技術によって作成されます。

遺伝子組み換え哺乳類は、研究目的、工業製品や治療薬の製造、農業用途、あるいは健康増進のために作られます。遺伝子組み換えペットを作出する市場も存在します。[ 35 ]

薬

哺乳類はヒト疾患の最良のモデルであり、遺伝子組み換えされた哺乳類は多くの深刻な疾患の治療法や治療法の発見と開発に不可欠なものとなっている。ヒトの遺伝性疾患の原因遺伝子をノックアウトすることで、研究者は疾患のメカニズムを研究し、可能性のある治療法を試験することができる。遺伝子組み換えマウスは安価で操作が容易なため、生物医学研究で使用される最も一般的な哺乳類である。例えば、ヒト遺伝子産物の異種移植によって作成されたヒト化マウスがあり、ヒト特有の生理機能や病理を理解するために、マウスと動物のハイブリッドとして利用されている。 [ 36 ]ブタもまた、体の大きさ、解剖学的特徴、生理機能、病態生理学的反応、食事が類似しているため、良いターゲットである。 [ 37 ]ヒト以外の霊長類はヒトに最も類似したモデル生物であるが、研究動物として使用することに対する社会的受容は低い。[ 38 ] 2009年に、科学者たちは霊長類（マーモセット）に遺伝子を導入し、繁殖用の遺伝子組み換え霊長類の安定した系統を初めて作出したと発表しました。[ 39 ] [ 40 ]これらのマーモセットの最初の研究対象はパーキンソン病でしたが、筋萎縮性側索硬化症やハンチントン病も検討されていました。[ 41 ]

チーズ生産のための遺伝子組み換え豚

哺乳類で発現したヒトタンパク質は、植物や微生物で発現したものよりも、天然の対応タンパク質に類似している可能性が高い。安定した発現は、ヒツジ、ブタ、ラットなどの動物で達成されている。2009年には、そのような動物であるヤギから生産された最初のヒト生物学的医薬品が承認された。この薬剤ATrynは、手術や出産中に血栓が発生する可能性を減らす抗凝固剤で、ヤギのミルクから抽出された。[ 42 ]ヒトα1アンチトリプシンは、この欠乏症を持つヒトの治療に使用される別のタンパク質である。[ 43 ]もう1つの分野は、人間の臓器移植（異種移植）の能力が高いブタを作成することである。ブタは、臓器がレトロウイルスを運べないように遺伝子操作されたり、 [ 44 ]拒絶反応の可能性を減らすように改変されたりしている。[ 45 ] [ 46 ]遺伝子組み換え豚の肺を人間に移植することが検討されている。[ 47 ] [ 48 ]人間の臓器を移植できるキメラ豚を作れる可能性もある。[ 37 ] [ 49 ]

家畜

家畜は、成長率、肉質、乳成分、耐病性、生存率といった経済的に重要な特性を向上させることを目的として改良されています。動物は、より速く成長し、より健康になり[ 50 ] 、病気に抵抗するように改良されてきました[ 51 ]。また、改良によって羊の毛の生産量や牛の乳房の健康状態も改善されています[ 1 ] 。

ヤギは遺伝子操作によって、クモの巣のような強い絹のようなタンパク質を含む乳を生産するように改良されました。[ 52 ]ヤギの遺伝子配列は、子ヤギから採取した新鮮な臍帯を用いて改変され、ヒトの酵素リゾチームをコードするように改変されました。研究者たちは、ヒトの下痢を引き起こす細菌を撃退するために、ヤギの乳にリゾチームを含ませることを目指しました。[ 53 ]

エンバイロピッグは、従来のヨークシャー豚よりも植物性リンをより効率的に消化できる能力を持つように作られた、カナダの遺伝子強化ヨークシャー豚の系統である。 [ 54 ] [ 55 ]マウスの耳下腺で発現するプロモーターと大腸菌フィターゼ遺伝子からなるAトランスジーン構築物が、前核マイクロインジェクションによって豚の胚に導入された。[ 56 ]これにより、豚は唾液中に、消化できないリンを分解する酵素フィターゼを産生するようになった。 [ 54 ] [ 57 ]その結果、豚は年齢と食事に応じて、肥料中に排泄するリンを30～70％削減した。[ 54 ] [ 57 ]リンは藻類の制限栄養素であるため、表面流出水のリン濃度が低いと藻類の増殖が減少する。[ 54 ]藻類は大量の酸素を消費するため、過剰な増殖は魚類にとってデッドゾーン（酸素欠乏地帯）を引き起こす可能性があります。エンバイロピグ・プログラムへの資金提供は2012年4月に終了し、[ 58 ]新たなパートナーが見つからなかったため、豚は殺処分されました。[ 59 ]しかし、遺伝物質はカナダ農業遺伝子リポジトリ・プログラムに保管されます。2006年には、回虫遺伝子の発現を通じてオメガ3脂肪酸を生産するように遺伝子操作された豚が開発されました。[ 60 ]

ナチュラリス生物多様性センターに展示されているハーマン・ザ・ブル

1990年、世界初の遺伝子組み換え牛、ハーマン・ザ・ブルが開発された。ハーマンは、ラクトフェリンをコードするヒトの遺伝子を胚細胞にマイクロインジェクションして遺伝子操作された。オランダ議会は1992年にハーマンの繁殖を許可する法律を改正した。1994年には8頭の子牛が生まれ、すべての子牛がラクトフェリン遺伝子を受け継いだ。[ 61 ]その後の交配で、ハーマンは合計83頭の子牛の父親となった。[ 62 ]オランダの法律では、実験終了時にハーマンを屠殺することが義務付けられていた。しかし、当時のオランダ農業大臣、ヨジアス・ファン・アールトセンは、国民と科学者がハーマン擁護に集結した後、ハーマンがこれ以上子孫を残さないことを条件に、執行猶予を与えた。[ 62 ]ヘルマンは、ホリーとベルという名のクローン牛とともに、ライデンの国立自然史博物館ナチュラリスで引退生活を送りました。 [ 62 ] 2004年4月2日、ヘルマンは変形性関節症を患っていたため、ユトレヒト大学の獣医師によって安楽死させられました。[ 63 ] [ 62 ]死亡した当時、ヘルマンはオランダで最も高齢の雄牛の一頭でした。[ 63 ]ヘルマンの皮は剥製師によって保存・修復され、ナチュラリスに常設展示されています。ヘルマンは、人間が自然と関わる新しい時代の始まりであり、科学の進歩と、それに続くこれらの問題に関する公的な議論の象徴であると言われています。[ 63 ]

研究者たちは、農家や他の動物に危害を与える可能性のある角のない（無角牛と呼ばれることもある）遺伝子組み換え乳牛を開発した。角の成長を抑制することで知られるレッドアンガス牛のゲノムからDNAを採取し、「ランディ」と呼ばれる優秀なホルスタイン種の雄牛から採取した細胞に組み込んだ。生まれた子牛はランディのクローンとなるが、角はなく、その子孫も角がないはずである。[ 64 ] 2011年、中国の科学者たちは、人間の遺伝子を用いて遺伝子操作した乳牛を作製し、母乳と同じ乳を生産できるようにした。[ 65 ]これは、母乳を生産できないが、子供に粉ミルクではなく母乳を与えたい母親にとって有益となる可能性がある。[ 66 ] [ 67 ]研究者たちは、これらの遺伝子組み換え牛は通常の牛と全く同じであると主張している。[ 68 ] 2か月後、アルゼンチンの科学者たちは、人間の母乳と同様の特性を持つミルクを生産するために、2つの人間の遺伝子を組み込んだ遺伝子組み換え牛「ロジータ」を発表しました。[ 67 ] 2012年には、ニュージーランドの研究者も、アレルギーフリーのミルクを生産する遺伝子組み換え牛を開発しました。[ 69 ]

2016年、ジェーン・レイパー率いる研究チームは、世界初のトリパノソーマ耐性遺伝子組み換え牛の誕生を発表しました。国際家畜研究所、スコットランド農村大学、ロスリン研究所熱帯家畜遺伝学・保健センター、ニューヨーク市立大学からなるこの研究チームは、ケニアのボラン種雄牛が誕生し、すでに2頭の子牛を出産したと発表しました。スワヒリ語で「希望」を意味する「トゥマイニ」は、CRISPR/Cas9技術を用いてヒヒ由来のトリパノソーマ溶解因子を保有しています。[ 70 ] [ 71 ]

2017年10月、中国の科学者たちはCRISPR遺伝子編集技術を使って体温調節能力に優れた豚の系統を作り出し、その結果、一般的な家畜よりも体脂肪が約24%少なくなったと発表した。[ 72 ]

研究

科学者たちは研究目的で、哺乳類を含むいくつかの生物を遺伝子操作して緑色蛍光タンパク質（GFP）を組み込んできました。 [ 73 ] GFPや他の類似の報告遺伝子により、遺伝子組み換え産物の視覚化と位置特定が容易になります。[ 74 ]蛍光豚は、人間の臓器移植、眼の光受容細胞の再生、その他のトピックの研究のために飼育されてきました。 [ 75 ] 2011年には、HIV/AIDSなどの病気の治療法を見つけるために緑色蛍光を発する猫が作られました。 [ 76 ]ネコ免疫不全ウイルス（FIV）はHIVに関連があるためです。[ 77 ]ワイオミング大学の研究者たちは、クモの糸紡ぎ遺伝子をヤギに組み込む方法を開発し、ヤギのミルクからさまざまな用途に糸タンパク質を採取できるようになりました。[ 78 ]

保全

イベリア半島に生息するヨーロッパ野生のウサギを保護し、オーストラリアでその繁殖を抑制するため、粘液腫ウイルスの遺伝子組み換えが提案されている。イベリア半島の種をウイルス性疾患から守るため、ウサギに免疫を与えるために粘液腫ウイルスの遺伝子組み換えが行われた。一方、オーストラリアでも同じ粘液腫ウイルスの遺伝子組み換えが行われ、オーストラリアのウサギの個体群の繁殖力を低下させた。 [ 79 ]遺伝子工学によって動物を絶滅から蘇らせることができるという提案もある。これは、近縁種のゲノムを絶滅種に似せることを伴い、現在リョコウバトで試みられている。[ 80 ]マンモスに関連する遺伝子がアフリカゾウのゲノムに追加されているが、主任研究者は生きたゾウを使うつもりはないと述べている。[ 81 ]

人間

遺伝子治療[ 82 ]では、遺伝子組み換えウイルスを使用して、人間の病気を治療できる遺伝子を送達します。遺伝子治療はまだ比較的新しい技術ですが、いくつかの成功を収めています。重症複合免疫不全症[ 83 ]やレーバー先天性黒内障[ 84 ]などの遺伝性疾患の治療に使用されています。また、嚢胞性線維症[ 85 ]、鎌状赤血球貧血[ 86 ]、パーキンソン病[ 87 ] 、 [ 88 ]がん[ 89 ] 、[ 90 ]、[ 91 ]糖尿病[ 92 ]、心臓病[ 93 ]、筋ジストロフィー[ 94 ]など、現在治療が不可能な他のさまざまな疾患の治療法も開発されています。これらの治療法は体細胞にのみ影響するため、どのような変化も遺伝しません。生殖細胞系列遺伝子治療は、いかなる変化も遺伝性をもたらすため、科学界から懸念が生じている。[ 95 ] [ 96 ] 2015年には、CRISPRが生存不能なヒト胚のDNAを編集するために使用された。[ 97 ] [ 98 ] 2018年11月、何建奎は、HIVが細胞に侵入するために使用する受容体をコードするCCR5遺伝子を無効化するために、2つのヒト胚のゲノムを編集したと発表した。彼によると、数週間前に生まれた双子の女の子、ルルとナナは、CCR5の機能的なコピーと無効化されたCCR5（モザイク）を持っており、依然としてHIVに脆弱であった。この研究は、非倫理的、危険、時期尚早として広く非難された。[ 99 ]

魚

遺伝子組み換え魚は、科学研究、ペット、そして食料源として利用されています。養殖業は成長産業であり、現在、世界中で消費される魚の半分以上を養殖業が供給しています。[ 100 ]遺伝子組み換えによって、成長率の向上、摂食量の削減、アレルギー物質の除去、耐寒性の向上、耐病性の付与などが可能になります。

汚染の検出

魚は水質汚染の検出やバイオリアクターとしての利用も可能です。[ 101 ]いくつかの研究グループが、汚染物質の存在によって活性化される遺伝子に蛍光タンパク質を結合させることで汚染を検出するゼブラフィッシュを開発しています。この魚は光るため、環境センサーとして使用することができます。[ 102 ] [ 103 ]

ペット

GloFishは、鮮やかな赤、緑、オレンジ色の蛍光色を持つ遺伝子組み換え蛍光ゼブラフィッシュのブランドです。元々は汚染物質の検出を目的として、ある団体によって開発されましたが、現在は観賞魚として取引されており、2003年に販売が開始されて以来、ペットとして一般に流通している最初の遺伝子組み換え動物となりました。[ 104 ]

研究

遺伝子組み換え魚は、遺伝学や発生学の基礎研究に広く利用されている。ゼブラフィッシュとメダカの2種の魚類は、光学的に透明な絨毛膜（卵膜）を持ち、急速に発達し、1細胞胚の観察や遺伝子組み換えDNAの顕微注入が容易なため、最も広く遺伝子組み換えされている。 [ 105 ]ゼブラフィッシュは、発生過程、再生、遺伝学、行動、疾患メカニズム、毒性試験のモデル生物である。 [ 106 ]ゼブラフィッシュの透明性により、研究者は発生段階、腸管機能、腫瘍の増殖を観察することができる。[ 107 ] [ 108 ]遺伝子組み換えプロトコル（生物全体、細胞または組織特異的、レポーター遺伝子でタグ付け）の開発により、これらの魚類の研究から得られる情報レベルが向上した。[ 109 ]

成長

養殖業での使用を目的とした遺伝子組み換え魚は、成長速度を高め、天然資源への漁獲圧力を軽減することを目的として、 「全魚類」成長ホルモンの過剰生産を促すプロモーターを用いて開発されてきた。この結果、サケ[ 110 ]、マス[ 111 ]、ティラピア[ 112 ]など、いくつかの魚種の成長が劇的に促進された。

アクアバウンティ・テクノロジーズは、野生のサケの半分の期間で成熟できるサケを開発した。[ 113 ]このサケは、キングサーモン（Oncorhynchus tshawytscha）の遺伝子を導入した大西洋サケである。これにより、野生のサケが成長ホルモンを年間の一部しか産生しないのに対し、このサケは年間を通して成長ホルモンを産生することができる。[ 114 ]このサケには、ウナギに似たオーシャン・パウトから導入された2つ目の遺伝子も導入されており、これが成長ホルモンのオンスイッチのような役割を果たす。[ 114 ]パウトの血液中には不凍タンパク質も含まれており、この遺伝子組み換えサケは氷点下でも生存し、成長を続けることができる。[ 115 ]野生のサケが市場に出せるサイズ（4～6kg）になるまでに24～30ヶ月かかるのに対し、この遺伝子組み換えサケの生産者によると、このサイズに達するのにわずか18ヶ月しかかからないという。[ 115 ] [ 116 ] [ 117 ] 2015年11月、米国FDAはアクアアドバンテージサーモンの商業生産、販売、消費を承認しました。 [ 118 ]これは、商業化された最初の非植物性GMO食品です。[ 119 ]

アクアバウンティ社は、遺伝子組み換え魚が野生の鮭と誤って交配するのを防ぐため、すべての魚は雌で生殖不能としているが、[ 117 ]少数の雌は生殖能力を維持する可能性があると述べている。[ 114 ]遺伝子組み換え鮭に反対する一部の人々は、これを「フランケンフィッシュ」と呼んでいる。[ 114 ] [ 120 ]

昆虫

研究

生物学研究において、遺伝子組み換えショウジョウバエ（Drosophila melanogaster）は、遺伝子変異が発生に及ぼす影響を研究するためのモデル生物です。 [ 121 ]ショウジョウバエは、ライフサイクルが短く、維持管理の必要性が低いため、他の動物よりも好まれることが多いです。また、多くの脊椎動物と比較してゲノムが比較的単純で、通常各遺伝子のコピーが1つしかないため、表現型解析が容易です。[ 122 ]ショウジョウバエは、遺伝学、遺伝、胚発生、学習、行動、老化の研究に使用されてきました。[ 123 ]ショウジョウバエではトランスポゾン（特にP因子）がよく発達しており、初期の段階ではゲノムに遺伝子を導入する方法を提供していましたが、これはより現代的な遺伝子編集技術に取って代わられました。[ 124 ]

人口抑制

蚊は人間の健康に重大な影響を与えるため、科学者たちは遺伝子工学によって蚊を制御する方法を研究している。マラリアに耐性のある蚊が実験室で開発されている。[ 125 ]マラリア原虫の発育を抑制する遺伝子を挿入し[ 126 ] 、ホーミングエンドヌクレアーゼを使ってその遺伝子を雄の集団全体に急速に拡散させる（遺伝子ドライブとして知られる）。[ 127 ]これはさらに進んで、その遺伝子を致死遺伝子と交換する。[ 128 ] [ 129 ]試験では、デング熱とジカウイルスの最も重要な媒介者であるネッタイシマカの個体数が80%から90%減少した。[ 130 ] [ 131 ] [ 129 ]もう一つのアプローチは不妊昆虫技術を使うことである。これは遺伝子操作によって不妊になった雄が生存可能な雄と競争して個体数を減らすものである。[ 132 ]

魅力的な標的となる他の害虫は蛾である。コナガは世界中で年間40億～50億ドルの損害を引き起こしている。[ 133 ]アプローチは蚊の場合と似ており、メスが成熟するのを妨げる遺伝子を組み込まれたオスが放たれる。[ 134 ]これらは2017年に野外試験を受けた。[ 133 ]遺伝子組み換えの蛾は以前にも野外試験で放たれたことがある。[ 135 ]放射線で不妊化されたピンク色のタバコガの株は、研究者が監視しやすくするために赤色蛍光タンパク質を発現するように遺伝子操作された。[ 136 ]

業界

カイコ（Bombyx mori）の幼虫は、養蚕において経済的に重要な昆虫です。科学者たちは、絹の品質と量を向上させるための戦略を開発しています。また、絹生産機構を利用して他の有用なタンパク質を生産する可能性もあります。[ 137 ]カイコが発現するタンパク質には、ヒト血清アルブミン、ヒトコラーゲンα鎖、マウスモノクローナル抗体、N-グリカナーゼなどがあります。[ 138 ]クモ糸（より強いが収穫が非常に難しい糸）を生産するカイコが開発されています。 [ 139 ]さらに、新しい絹も生産されています。[ 140 ]

鳥

遺伝子組み換え鳥類の生産への試みは1980年以前から始まっていました。[ 141 ]鶏は様々な目的で遺伝子組み換えされてきました。これには、胚発生の研究、[ 142 ]鳥インフルエンザの伝染防止、 [ 143 ]リバースエンジニアリングを用いて恐竜のような表現型を再現することによる進化に関する知見の提供などが含まれます。[ 144 ]希少疾患の治療薬である酵素「カヌマ」を卵から産生する遺伝子組み換え鶏は、2015年に規制当局の承認を取得しました。 [ 145 ]

疾病管理

遺伝子組み換え鳥類の潜在的な用途の一つは、鳥類感染症の蔓延を抑制することである。ロスリン研究所の研究者らは、他の鳥類に鳥インフルエンザを感染させない遺伝子組み換え鶏（Gallus gallus domesticus ）の系統を作成した。しかし、これらの鳥類は依然としてインフルエンザに感染する可能性がある。この遺伝子組み換えは、インフルエンザウイルスのゲノムの複製を制御する領域を模倣することで、ウイルスの増殖を阻害するRNA分子である。これは、インフルエンザウイルスの酵素であるポリメラーゼを、ウイルスの複製に必要な機能から逸らすため、「デコイ」と呼ばれている。[ 146 ]

進化論的洞察

モンタナ大学の古生物学者ジャック・ホーナー率いる遺伝学者チームは、ニワトリを改良して、祖先のマニラプトル類には存在するが現代の鳥類には存在しない歯や長い尾などの特徴を発現させようとしており、[ 147 ]「チケノサウルス」と呼ばれるニワトリを作ろうとしている。[ 148 ]並行プロジェクトでは、恐竜のような頭蓋骨[ 149 ]、脚[ 144 ]、足[ 150 ]の解剖学的構造を発現するニワトリの胚が作られている。2023年、ホーナーはニワトリの尾を長くすることに成功したと発表し、今後の開発については慎重な姿勢を示した。[ 151 ]

卵子内性別判定

遺伝子編集は、産卵鶏の繁殖産業において、ひよこの淘汰に代わる可能性のある手段の一つです。この技術では、繁殖鶏に雄の子孫にのみ受け継がれる遺伝子マーカーが付与されます。これらの雄は孵化中に識別され、卵の供給から除去されるため、雌だけが孵化します。例えば、イスラエルのスタートアップ企業eggXYtは、CRISPRを使用して、雄の卵に特定の条件下で光るバイオマーカーを付与しています。[ 152 ]重要なのは、その結果生まれた産卵鶏とそれが産む卵自体は遺伝子編集されていないということです。欧州連合（EU）の保健食品安全局長は、この方法で作られた卵は販売可能であることを確認していますが、[ 153 ] 2023年6月現在、市販されているものはありません。[ 154 ]

両生類

遺伝子組み換え両生類の胚発生に成功した最初の実験は、1980年代にアフリカツメガエルで始まった。[ 155 ]その後、 2006年には、特定部位のDNAを切断し、ゲノムに外来DNAを挿入できるI-SceIエンドヌクレアーゼ酵素を利用するI-SceI介在遺伝子組み換えと呼ばれる技術を使用して、メキシコ産アホロートルの生殖細胞系列遺伝子組み換え体が生成されました。 [ 156 ]アフリカツメガエルとメキシコ産アホロートルはどちらも再生の研究に使用されるモデル生物です。さらに、ニホンイモリのPyrrhogasterやPleurodeles watlなど、他のサンショウウオでも遺伝子組み換え系統が生成されています。[ 157 ]遺伝子組み換えカエル、特にアフリカツメガエルとアフリカツメガエルは、発生生物学で使用されています。遺伝子組み換えカエルは、特に内分泌かく乱化学物質の汚染センサーとしても使用できる。[ 158 ]オーストラリアでは、遺伝子工学を使用してオオヒキガエルを駆除する提案がある。[ 159 ] [ 160 ]ロチェスター大学メディカルセンターのアフリカツメガエル免疫生物学研究リソース（XLRRI）では、細菌やウイルスがどのように感染症を引き起こすのかを解明するために、多くの遺伝子組み換えアフリカツメガエルの系統が免疫学の研究に使用されている。[ 161 ]両生類は、Wnt経路などの再生シグナル伝達経路の研究と検証にも使用できる。[ 162 ] [ 161 ]両生類の創傷治癒能力は多くの実用的な用途があり、火傷患者の皮膚の治療など、人間の形成外科における傷跡を残さない修復の基盤を提供できる可能性がある。[ 163 ]

アフリカツメガエルのような両生類は、発生過程の観察や操作が容易な大型胚を有するため、実験発生学に適している。 [ 164 ]アホロートルの実験では、半透明の皮膚がGFPなどの蛍光タグ付きタンパク質の効率的な可視化および追跡方法を提供するため、白色色素の皮膚を有する突然変異体がしばしば使用される。[ 156 ]両生類は、遺伝子組み換え動物を作製するために必要な資源という点では必ずしも理想的ではない。1～2年の世代時間に加え、アフリカツメガエルは擬似四倍体ゲノムを有するため、トランスジェニック実験には理想的とは言えないと考えられる。[ 164 ]同じ遺伝子がゲノムに複数回出現するため、突然変異誘発実験が成功する可能性は低い。[ 165 ]現在のアホロートル精子の凍結・解凍方法では精子が機能しなくなるため、遺伝子組み換え系統を施設内で維持する必要があり、かなりの費用がかかる可能性がある。[ 156 ] [ 166 ]遺伝子組み換えアホロートルの作製には、ゲノムサイズが大きいため多くの課題がある。[ 166 ]現在の遺伝子組み換えアホロートルの作製方法は、遺伝子カセットをゲノムにランダムに組み込むことに限られており、不均一な発現やサイレンシングにつながる可能性がある。[ 157 ]遺伝子の重複も、効率的な遺伝子ノックアウトを生成する取り組みを複雑にする。[ 166 ]

コストはかかるものの、アホロートルは独自の再生能力を有し、手足、脊髄、皮膚、心臓、肺、その他の臓器を再生できるため、最終的には組織再生の理解に役立つ情報を提供してくれる。[ 166 ] [ 167 ]研究でよく使われる白い系統のような自然発生する変異アホロートルは、Edn3遺伝子座位に転写変異がある。[ 168 ]他のモデル生物とは異なり、アホロートルで最初に蛍光標識された細胞は、胚ではなく分化した筋細胞だった。2000年代初頭のこれらの初期実験で、科学者はマイクロインジェクション技術を使用してアホロートルの尾における筋細胞の再生を可視化できたが、標識細胞で早期の細胞死を引き起こすほど過酷な条件のため、再生の全過程にわたって細胞を追跡することはできなかった。[ 157 ] [ 169 ]遺伝子組み換えアホロートルの作製過程は困難であったが、科学者らはプラスミドトランスフェクション技術を用いることでより長期間細胞を標識することができた。この技術では電気穿孔法と呼ばれる過程において電気パルスを用いてDNAを細胞に注入する。アホロートル細胞のトランスフェクションは細胞外マトリックス（ECM）の組成のためにより困難であると考えられている。この技術は脊髄細胞の標識を可能にし、多くの他の細胞における四肢再生の研究に非常に重要であり、再生における免疫系の役割の研究に使用されている。遺伝子ノックアウト手法を用いることで、科学者らはCRISPR/Cas9などの技術を用いてDNAの特定の領域を標的とし、目的の遺伝子が存在しないことからその遺伝子の機能を理解することができる。例えば、Sox2遺伝子の遺伝子ノックアウトは、アホロートルにおける神経幹細胞増幅におけるこの領域の役割を確認している。より複雑な条件付き遺伝子ノックアウト、または科学者に遺伝子の時空間的制御を与える条件付きノックアウトを行う技術は、まだアホロートルには適していません。[ 166 ]しかし、この分野の研究は発展を続けており、最近のゲノム配列決定や、相同遺伝子を識別するためのアホロートルゲノムとトランスクリプトーム参照アセンブリを含むデータポータルなど、科学者向けに作成されたリソースによって研究は容易になっています。[ 170 ] [ 171 ]

線虫

線虫Caenorhabditis elegansは、分子生物学研究における主要なモデル生物の一つである。[ 172 ] RNA干渉（RNAi）はC. elegansで発見され[ 173 ] 、二本鎖RNAを発現するように改変した細菌を与えるだけで誘導できた。[ 174 ]安定したトランスジェニック線虫を作製することも比較的容易であり、RNAiとともに線虫の遺伝子研究において主要なツールとなっている。[ 175 ]トランスジェニック線虫の最も一般的な用途は、レポーター遺伝子を付加することによる遺伝子発現および局在の研究である。トランスジーンは、RNAiと組み合わせて表現型を救済したり、遺伝子機能を研究するために改変したり、細胞の発達に合わせてリアルタイムで画像化したり、異なる組織や発達段階での発現を制御するために使用したりすることもできる。[ 175 ]トランスジェニック線虫は、ウイルスの研究、[ 176 ]毒物学、[ 177 ]疾患の研究、[ 178 ] [ 179 ]環境汚染物質の検出に利用されてきた。[ 180 ]

他の

多種多様な他の動物でトランスジェニック生物を作成するシステムが開発されている。ナマコの白化の原因となる遺伝子が発見され、珍しい珍味である白いナマコを作成するために使用された。 この技術は、夏季冬眠、腸の摘出、死亡時に体の溶解など、ナマコのより珍しい特徴の一部に関与する遺伝子を調査する道も開いた。 [ 181 ]扁形動物は単一細胞から再生する能力がある。[ 182 ] [ 183 ]​​ 2017年まで、それらを形質転換する効果的な方法がなく、研究が妨げられていた。 マイクロインジェクションと放射線を使用することで、科学者たちは今や初の遺伝子改変扁形動物を作り出した。[ 184 ]海洋環形動物である剛毛虫が改変された。生殖周期が月の満ち欠けと同期していること、再生能力があること、進化速度が遅いことが興味深い。[ 185 ]ヒドラやイソギンチャクなどの刺胞動物は、免疫の進化や特定の発生過程を研究するための魅力的なモデル生物である。[ 186 ]遺伝子組み換えされた他の生物には、カタツムリ、 [ 187 ]ヤモリ、カメ、[ 188 ]ザリガニ、カキ、エビ、ハマグリ、アワビ、[ 189 ]海綿動物などがある。[ 190 ]

遺伝子組み換え（GM）動物由来の食品は、まだ欧州市場には流入していない。しかしながら、GM作物に関する継続的な議論[1]や、GM動物およびGM植物から生産された食品および医薬品の安全性と倫理性に関する議論の進展は、社会の様々な分野で様々な見解を引き起こしている[ 191 ]。

動物福祉と倫理に関するリソース

倫理

遺伝子組み換えとゲノム編集は将来的な可能性を秘めていますが、これらの技術の利用に関する決定は、可能性だけでなく倫理的に合理的な範囲に基づいて行う必要があります。動物の健全性、自然性、リスクの特定、動物福祉といった原則は、考慮すべき倫理的に重要な要素の例であり、国民の認識や当局による規制決定にも影響を与えます。[ 192 ]

動物データをヒトに外挿することの有用性は疑問視されてきた。そのため、倫理委員会は動物実験に関する意思決定の指針として、4R（Reduction、Refinement、Replacement、Responsibility）の原則を採用するようになった。しかし、実験動物の完全な放棄はまだ実現しておらず、実験動物の使用を完全に中止する前に、堅牢な代替手段のロードマップを策定するためのさらなる研究が必要である。[ 193 ]

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