遺伝子操作したクラゲから、動物の「脳」の進化の謎が見えてくる

さまざまな動物の脳の仕組みを理解するために、遺伝子操作されたクラゲが役立つかもしれない──。そんな研究結果が、このほど発表された。神経インパルスを発するとニューロンが光るように遺伝子操作されたクラゲによって、人間の脳の仕組みとはまったく異なる動物の脳の仕組みについて新たな知見を得られる可能性がある。

TEXT BY AMIT KATWALATRANSLATION BY MADOKA SUGIYAMA

WIRED(US)

脳内での記憶の働きを理解するには、ウミウシの一種で見た目は地味なジャンボアメフラシが大きな役割を果たしている。この生物は体長約1フィート(約30cm)で赤茶色をしており、1960年代から科学者の人気だ。というのも、電極を埋め込めるほどニューロン(神経細胞)が大きいからである。

研究者が人間の神経学に関する答えを求めて深海を探査したのは、ジャンボアメフラシの場合だけではない。ダイオウイカは活動電位の原理、すなわち神経細胞に沿って信号が伝播する方法を教えてくれた。カブトガニは(人間よりも眼が8つ多いという事実はあるにせよ)人間の視覚系の働きを明らかにする上で役立った。タコは睡眠の進化について洞察を与えてくれる。

「人間は疑問が生じると、それがどのような疑問であれ、海洋の無脊椎動物に答えを見出そうとしてきた長く美しい歴史があるのです」と、カリフォルニア工科大学で生物学と生物工学を研究する博士研究員のブレイディ・ワイズボードは言う。

ワイズボードは科学誌『Cell』にこのほど掲載された論文の筆頭執筆者である。この論文により、人間の研究に役立つ海洋の無脊椎動物に新たな仲間が加わった。それは、神経インパルスを発するとニューロンが光るように遺伝子操作されたクラゲである。このクラゲによって、人間の脳の仕組みとはまったく異なる脳の仕組みについて、新たな知見を得られるかもしれない。

クラゲが選ばれた理由

そのクラゲは地中海でよく見られるクリティアというクラゲ(Clytia hemisphaerica) で、科学の研究対象としてうってつけだった。このクラゲは成長しても直径約1cmで顕微鏡のスライドに収まるほど小さく、多くのクラゲと同様に透明なのである。

今回の論文の研究グループはクリティアの研究対象としての可能性に着目し、DNAの断片に緑色蛍光たんぱく質を発生するGCaMPという物質を組み込んだ。GCaMPはマウス、ゼブラフィッシュ、ハエの研究に広く用いられているが、もともとはクリティアの近縁種に由来する。そこでワイズボードの研究チームは、クリティアの内部に自然に発生している4種類の緑色蛍光たんぱく質の遺伝子を、GCaMP以外で無力化しなければならなかった。

光る遺伝子を挿入するためにワイズボードたちは、クリティアならではのライフサイクルを利用した。クリティアの生殖システムは光によって活性化する。「照明をつけてからちょうど2時間後に、クラゲは卵と精子を水中に放出するのです」と、ワイズボードは語る。

研究者たちは照明をつけて卵を集めた。そして挿入したい緑色蛍光形質の遺伝コードの断片と、その断片をクラゲのDNAに挿入する際に役立つたんぱく質とを、集めた卵に入れた。