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生命科学の冒険者。
ようこそ、生命科学の冒険者へ。
ナレーターの金澤秀明です。
アシスタントのしだみはるです。
前回は、キャリーがドライブ中についにPCRの原理を思いついたっていうところまで聞かせていただきましたが、今回はどんなお話になるでしょうか。
はい、キャリー・マリスを取り上げたいっていうのは、このPCRの開発のところを喋りたかったので、ようやくここまで来たっていうような感じになるんですけれども、
ドライブ中にPCRの原理を思いついてですね、それで、3層で過ごした週末が終わりまして、死に立つ者に戻ります。
キャリーは不安に駆られます。
すごい簡単な単純な方法なのに、なんで今まで誰も思いつかなかったのだろうかというところですね。
そこでですね、時代だなと思うんですけれども、今だったらインターネットで調べれますけれども、
死に立つ者のですね、図書館の司書室に、図書館の司書ですね、に頼んで、PCRのような論文が過去に出てないかどうかっていうのをですね、探してもらうことにします。
ただですね、それは見つからなかったんですね。
あとですね、死に立つ者のですね、他の研究者とかですね、テクニシャンにいろいろと聞きまくってみましたが、やはり同じようなことは誰も知らなかったんですね。
おそらくですね、既存の先行技術はなさそうということで、キャリーは無頂点になります。
まあこれ、俺がもうなんか最初に思いついたぜっていう感じですね。
そしてですね、キーとなるですね、DNAポリメラーゼについて深く調べることにします。
で、しかしですね、やはり先例となるような先行研究はほとんどなかったということですね。
で、キャリーはですね、ここから数ヶ月間ですね、PCRについてはですね、特に何もせずに過ごしたみたいです。
普通にですね、仕事が忙しかったみたいなのと、あとですね、産総に一緒に行ってた、当時付き合ってた彼女ですね、ジェニファーとの恋が終わりかけていてですね、
常動的にも大変だったようなんですね。
で、あとですね、いろんな人にですね、はしゃぎまくって、こうやればDNA増やせるぞっていうのをしゃべりまくったんですけれども、
このアイディアに対してですね、他の研究者たちは割と否定的でですね、それでちょっとやる気がなくなってたっていうのもあったみたいですね。
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本当に思いついたっていうところから何か一つのものにしていくってなったときに、
少なくとも一人の理解者がいて、この手伝ってくれるみたいな環境がないと、なかなか進めていくのは難しいのかなっていうのはやっぱり研究やってて感じますね。
そうですよね、一人で頑張るってなかなか大変ですよね。
否定派が多いっていうのは全然問題ないというか、新しい技術だとよくあることなんですけど、やっぱり一人の理解者っていう存在は大きいのかなという気はしてます。
そうですね、本当にそう思います。ほとんど賛同してくれる人がいなかったっていう形で、ちょっとやる気をなくしてしまってたみたいですね。
ただ、キャリはとりあえずこのアイディアをC-TAS社で半年に1回開催される定期セミナーっていうのがあったみたいで、ここで発表いたします。
少数のテクニシャンが面白そうだなっていうふうに言ってくれたらしいんですけれども、ほとんどの人はやはり否定的な感じでした。
キャリの話が終わる前に部屋を出て行ってしまいました。
ただ、キャリはいつも社内でおかしなアイディアを披露してたので、また何か言ってるなっていうような感じだったようです。
あともう一つは、この社内の雰囲気ですね。この当時、C-TAS社がとある製品の販売開始に向けて非常に追い込まれておりまして、みんなに余裕がなかったというのもあったようです。
あとですね、そんなにうまくいきそうなことなんだったら、早くこの技術で増やしたDNAの電気経路のバンドを見せてよっていう、結果を示してよっていう、そういう感じもあったみたいですね。
やっぱり研究なのであれですよね。研究者の皆さんなので、仮説はきちんと証明してくださいみたいな雰囲気が会社の中にあったっていうことかなと思いますね。
そうですね。証明してこそなんぼだっていうところですよね。キャリーはようやく思い越しを挙げまして、1983年の9月から12月にかけて、いよいよとこの技術が本当に実現できるのかということで、実証実験に取り組み始めます。
世界最初にキャリーが行ったこのPCRの実験を紹介します。まずですね、ターゲットとして選んだのがですね、人のゲノムDNAですね。人の細胞からDNAを取ってきたものですね。
まずテンプレート、胃型にしましてですね。ジェネンティック社という会社がですね、当時研究していた延期配列を発表したばかりのですね、人神経細胞の成長因子400ベースペアの遺伝子をターゲットにすることにいたします。
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で、現在のPCRはですね、まずどういうふうに反応溶液を調整するのかっていうのをちょっと紹介しておきますと、まずですね、DNAを増やすための酵素反応を行うためのですね、環境を準備しないといけないので、酵素が働きやすいですね、
低波ですね、低波を整えたりとか、あと塩濃度ですね、塩の濃度ですね、を整えたような溶液、バッファーって言いますけれども、そういったものをまず用意しまして、増やしたい胃型となるDNAをその中に入れます。
で、それのですね、増える、起点となるですね、端っこ、両端のですね、プライマー、これフォワードのプライマーとリバースのプライマーっていいまして、DNAの合成したもので、これはまあ、マリスがシータスでやってたものですね、オリゴDNAなんていったりしますけれども、人工合成したDNAですね。
だいたい今だと20ベースペアぐらいの長さのもの、20円きついのもので作られることが多いですけれども、それを入れます。で、それからですね、DNAを胃型を元にしてですね、プライマーですね、DNAのオリゴDNAがひっついたところからずっと胃型を元に、新調反応って言いますけれども、相方のDNAを作っていってくれる酵素ですね、DNAポリメラーゼを入れます。
それからですね、DNTPっていってですね、エサですね、DNAの原料となるものになりまして、DNAポリメラーゼのエサっていったりとかしますけれども、DATPとかDCTPとかですね、AGCTの元になる一個一個に分かれたものを入れると。
これを入れて、それはですね、小さなプラスチックのマイクロチューブにですね、入れまして、それでですね、温度を自動で上げたり下げたりしてくれるサーマルサイクラーっていう機械にこのチューブをセットしまして、それでDNAを増やすということの作業を行います。
ここからちょっと比べていただきたいんですけれども、音声で言ってもなかなかわかんないかもしれないんですけど、ちょっとここから比べます。
初めてのPCRを行ったMALICEの実験っていうのはですね、もちろんここまでエレガントなものではなくてですね、まずマイクロチューブの中ですね、反応溶液を入れるチューブの中にH2Oとバッファーをコースに環境反応を備えるためにまず入れます。
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水とバッファー、水でそれをですね、コースが働きやすい環境にするバッファーを入れてやるというところですね。それからターゲットにするための人のゲノムDNAですね。これE型にするために人のゲノムDNAを入れます。
フォワードのプライマーとリバースのプライマー、これはですね、ターゲットとなる400ベースペアの延期対のですね、始まりと終わりの部分にマッチするように作ったオリゴDNAになります。
それからですね、当時はですね、販売されてたDNAポリメラーゼの中でプレノフラゲンプメントって言われるですね、大腸菌由来のDNAポリメラーゼのそのうちのDNAを増やしてくれる部分だけを使ったものっていうような感じですね。
っていうのを入れてやるということをいたしまして、DNTPを加えます。これをですね、まずですね、熱をかけて温めます。ごめんなさい、プレノフラゲンプメントですね、プレノっていうそのDNAポリメラーゼはまだ入れてないですね。
まずですね、熱してですね、人のゲノムDNAが1本差になるように、1本差っていうのは、DNAっていうのはですね、熱で2本の鎖がですね、1本に剥がれますので、まず熱を熱してやってですね、DNAを1本の鎖にしてやります。
で、ある程度温度を冷ましてからですね、DNAポリメラーゼのプレノを加えます。そしてですね、一晩放置いたします。
これでですね、マリさん何を狙ったかっていうとですね、一度1本差に変成したものに対して、加えているオリゴDNAですね、フォワードのプライマーとリバースのプライマーが張り付いてくれるだろう。
そこに対して、DNAポリメラーゼがですね、そこを起点にして、1本差になったDNAを胃型にして相方を作ってくれるということを期待します。
で、一晩待ってですね、おそらく心臓反応が起こっているだろうというふうに考えて、次の日にですね、もう一回これをですね、2回目の2サイクル目という形で再加熱してですね、
2倍に増えているであろうDNAをですね、もう一度1本差に変成させた後にですね、熱をかけると、
DNAポリメラーゼ、クレノーはですね、酵素ですので、タンパク質でできているので、死んでしまいますので、再度クレノーを加えます。
で、それとですね、これを検出するためにですね、放射性のですね、DCTPですね、放射線を発するDNAの元を再度加えてやるということをします。
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でですね、この放射線を加えたですね、DNAの餌ですね、DCTPは心臓反応の時にですね、加えられるはずですので、増幅した、増えたDNAはですね、
この放射線DCTPを取り込んでいるはずですので、その後ですね、放射線を取り込んだDNAが検出できればですね、この実験は成功したというふうに見なせるという形ですね。
初めて行ったPCRはですね、マリスは非常に長いですね、400ベースペアという長さの部分をターゲットにですね、たったの2サイクルしかやらなかったということになります。
でですね、増えたであろうDNAをですね、連携動をしまして、それをですね、ブロッティングという手法を使って、メンブレンという紙にDNAを移してやりまして、
それをですね、X線フィルムを当てて放射線のDCPを取り込んだですね、DNAのバンドが400ベースペアの場所に出ないかなというふうに確認したんですけれども、残念ながらですね、初めてのPCRの実験はですね、X線フィルム上に黒いシミを作っただけで終わってしまったということになります。
まあなんか、今の常識で考えれば成功するわけはないなという感じはするんですけれども。
そうですね、結構こう、手の込んだやり方になってしまうというか、なるので、やっぱりこう、どっかのところでうまく噛み合ってないとどうしてもこううまくいかないっていうところなのかなっていうのは思いますよね。
そうですね、ちょっとなんか初めての実験にしては難しいところを狙いすぎて、もっとシンプルにやればいいのになっていうような感じがしますよね。
そうですね、特にこう、実験の初心者というか、よくやってしまいがちなんですけれども、何でもモリモリにしてしまうと結局どこが悪かったのかがわからないので、やっぱりまずはシンプルに。
卵料理を作るんだったらまずは目玉焼きを作ってみたいなところから始めるっていうのが、それで何度ぐらいがいいかなみたいなのを見てみたいなので、一つずつ条件決めていくっていうのがやっぱり一番早い気はしますね。
でもそこはやっぱりこう、キャリーのこれまでのキャリアとかセンスでいけるんじゃないかと目論んでやったということだと思うんですが、さてそこからどうなっていくのかっていうのが腕の見せ所ですよね。
そうですね、ちょっとキャリー、いきなり宝探しで一気に狙いすぎたみたいな感じになってますけれども、やっぱりちょっと解説していただいたように一歩一歩進めていくのが大事なんだなとは思うんですけれども。
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2回目の実験をですね、再度行うことにするんですけれども、今回も手順は全く同じなんですけれども、前回は2回しかやらなかったというところでですね、加熱してクレノンを加えるという手間をですね、今度は10回ぐらい繰り返すということをします。
で、再度ですね、電気衛道をして、それからXMフィルムで検出を行ってみるということをしましたが、結果は同じでした。
でですね、その後2ヶ月間ですね、いろいろと試行錯誤をしながらですね、酵素を反応する温度が悪いんじゃないかとかですね、加えるプライマーの量をですね、もっと濃くしてみようとかですね、いろいろなパラメータをいじったみたいなんですけれども、結局のところですね、成功の可能性は全く見えなかったみたいなんですね。
で、キャリはですね、次にですね、やっとですね、モデル系をもっと単純にするということを考えます。
どうしてもその今の時代とは違うので、なんかうまくいかなかったときに、この工程まででうまくいってるかどうかを確かめてみようとかね、そういうことがなかなかできなかったのかなと思いますので、そういう意味ではやはりこうシンプルな形にするっていうのが唯一の解決策だったのかなと思いますね。
あともう一つキャリですね、有機化学者、有機化学者でですね、バイオ系の人間ではないので、正直どういうふうに実験を進めればいいかっていうところもあんまりしっかり考え込まなかったのかなっていう気もしますね。
まあちょっと文外観ですね、だったので、ちょっとその辺がいまいちわからなかったのかなという気もいたします。
そうですね、やっぱり有機化学に比べるとかなり周率が悪いので、やっぱりそういう感覚で実験をやっていくことがやっぱり求められるのかなって気がしますね。
そうですね。
次、モデル系をもっと単純にするっていうことを考えまして、人ゲノムを胃型にするのではなくてですね、PBR322プラスミドっていうですね、大腸菌の中にプラスミドっていうですね、小さなDNA、輪っか状になった小さなDNAを大腸菌っていうのは持ってまして、
大腸菌同士がですね、そのDNAを接合って言って、ひっついてですね、やり取りすることによっていろいろな情報交換をしているわけですけれども、これを人間も使いやすくしたものが当時もうすでにありまして、
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これ、僕も実験でよく使ってたんですけれども、そのプラスミドをですね、ターゲットにしまして、2つのプライマーですね、フォアウッド側11ベースペア、リバース側13ベースペアっていうですね、非常に短いプライマーを作りまして、
間の長さ25円機ですね、だからトータルプライマーの長さを含めてもですね、50ベースペア、50円機対に満たない非常に小さな部分を増幅させてみるということをします。
E型のですね、プラスミドの量はですね、従来加えてたゲノムの量よりもかなり多く入れるということをしました。
で、加える酵素の量はですね、ちょっと少なくするという形で、反応温度も32度ぐらいにしてみると、37度から32度ぐらいにしてみるっていうようなことをやります。
反応回数は10回行います。そしてですね、電気絵像をしてXFフィルムで見てみます。
するとですね、キャリー曰くなんですけれども、すごくうっすらとですね、バンドがあるように見えました。
なんかちょっと成功のきっかけをつかんだ、みたいな感じになりました。
なんかもうゼロイチというか、かなっていうところの感触というところですね。
そうですね。
で、もうちょっと何かやらないと、これは反応に耐えられないぞというところでですね、感度を上げるために、次にもう一度やってみることにしまして、
最後にですね、加えるですね、放射線DCPの量をですね、増やしてですね、感度を上げるということを試みます。
同じように実験をしたところですね、先ほどはうっすらと見えたバンドがですね、ちょっと濃く見えたらしいんですね。
で、「おお!」と思って、「これはやったー!」と思ってですね、キャリーは大興奮しましてですね、実験室を飛び出して、
そうしたらですね、たまたま近くにいたですね、東京弁護士のですね、アルハルインっていう方がですね、近くにいらっしゃったみたいなんですけども、
その方をですね、暗室に連れ込んでですね、XMフィルムにうっすらと映ったバンドを見せたらしいんですね。
で、アルはですね、「おめでとう!」と言ってくれたらしいです。
うーん、ついに成功したということを第三者にも認めてもらえたというところですね。
そうですね。で、マリスはですね、さらにもっとこれが本当に増えているDNAなのかどうかとかですね、
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そういったところの推進はなぜかせずにですね、今度、ラムダファージにですね、DNAを胃型にするということでターゲットを変えることをします。
うーん。
ちょっとなんでこんなコロコロ実験系を変えるのか意味がわかんないんですけれども。
当時流行ってたんですかね、なんか。
いやー、多分マリス自体がなんかよくわかってないからなんかいろいろいろいろあっちゃこちゃあっちゃこちゃやったんだと思うんですよね。
まあ確かに。そんな気はしますね。
で、プラスミドがですね、4300ベースペアっていう非常に小さなDNAのサイズだったのに対してですね、
ラムダファージは5万円きついですね。5万ベースペアという形で非常に大きなDNAになります。
プラスミドに比べればですけれども、最初にあったゲノムから比べれば、ヒトゲノムから比べればだいぶ小さな演技ですけれども、
いきなりですね、胃型のサイズをですね、10倍以上のものにしてしまうということをします。
で、また実験を始めるんですけれども、今度はですね、また全然うまくいかなくなってしまいました。
何がダメだったのかっていうのはわからずスランプっていうことですね。
そうですね。スランプっていう感じですね。
やっぱり研究者だとスランプとかっていうのもよくあるのかなと思うんですけれども、
やっぱり見えない中でせっかく道筋が見えたと思っても、またわからなくなるっていうところはかなり絶望になって諦める方もいるんですけど、
キャリーはそこは諦めずに。
そうですね。諦めずにですね、頑張っていくっていうところになるんですけれども、
もう一度ですね、ラムダファージから標的を単純形に変えるということにします。
でですね、今度はですね、プラスミドよりもさらに短いですね、自分で合成したオリゴDNAを胃型にすることにします。
これはですね、100ベースペアの合成DNAにしたようなんですけれども、
なぜかですね、プラスミドではうまくいったような実験だったにもかかわらず、今回はなかなかうまいこといかなかったみたいですね。
それからですね、いろいろいろいろ試していくわけですけれども、
ちょうどですね、そのPCRの原理をドライブで思いついてからですね、
1年ぐらい経った頃にですね、キャリーはですね、標的をですね、ベータグロブリン遺伝子ですね、胃型をヒトゲノムにまた戻してですね、
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それで社内でカマジョウセッケっていうのですね、原遺伝子を遺伝子診断するっていうのを社内では開発されてましたので、
それのですね、ターゲットになるベータグロブリン遺伝子ですね、ここのその点変異が含む部分の58円均にすることにします。
そしてですね、それをなんかいろいろとやっているうちに、徐々にPCRが成功するようになってきたらしいです。
かっこキャリーダンっていう感じなんですけど。
でも本当になんかPCRって同じ人がやっても出なかったりとか、ちょっとしたことでうまくいかないような実験っていうイメージは私自身は持ってますね。
なんかありますよね、本当によくわかんないんですけど、正直荒くやるとやっぱりダメなんだろうなっていうのも思いますし、
なぜかあの人がやるとちゃんと出るよねとかっていうのもありますし、
バイオの実験ってどこが原因かわかんないけど、あの人がやればうまくいくみたいなのって結構よくありますよね。
はい、ありますね。本当にその機械が、今ねPCR機器メーカーいくつかありますけど、それ変えただけでもうまくいかないところもよくありますから、やっぱりそこがこういい条件を探すのにちょっと苦戦したっていうところですよね。
そうですね。そんなことを言いながらもですね、多分いろんなパラメータを試していったので、キャリーの中にはなんとなくこうやったら成功するんじゃないかっていうようなところはたまっていってたのかなと思います。
でですね、1984年の6月になりまして、キャリーがですね、社内で最初のPCRのアイデアを話してから10ヶ月後になるんですけれども、
始達者の中ですね、研究集会が開催されまして、マリスはですね、ここで今までやったPCRの研究をですね、ポスターにまとめて発表しました。
ベータグローブリン遺伝子のですね、58円機のPCRに成功したというような内容だったそうですね。
ただですね、この時ですね、キャリーはですね、ちょっと別の問題を起こしてました。
あの、社内恋愛をしてたわけですけれども、その末にですね、派手なちわげんかをですね、社内で繰り広げてしまってたんですね。
で、社内のですね、多くの人間を敵にしてしまってたみたいなんですね。
うーん、なるほど。じゃあもうその、どちらかというと技術云々以前に、キャリー自身の人となりみたいなところで、感情的なものが会社の中に広まっていたかなというところですね。
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そうですね。まあ本当に、あのちょっと底の悪さがですね、裏目に出たのかなというところですね。
で、それで結局のところですね、あの、まあ彼がうまくいってると主張してるですね、このPCRの発表は全然見向きもされずにですね、で、キャリーは非常にイライラが募ります。
で、このですね、発表会の後に行われたパーティーでですね、他の研究者とですね、イライラが募ってたせいもあってですね、小付き合いをしてですね、怒鳴り合うという非常な醜態を晒してしまうことになります。
うーん、それはもう事件のレベルですね。事件のレベルですね。
会社に残れるかどうかみたいなレベルになってきたのかなと思いますが、まあでも、それでもなおやっぱPCRを道具に貸しようということで頑張るわけですね。
そうですね。この事件はですね、やっぱりまさに事件としてですね、社内で思い汲みられましてですね、キャリーをクビにしろっていう、まあそういうですね、社内圧力が非常に高まったみたいなんですね。
で、それを判断するのがですね、キャリーをこの会社に呼び寄せたですね、トムホワイトとですね、あと経営者の一人のジェフ・プライスというですね、2名の間で話し合いを持たれることになりました。
でですね、トムホワイトはですね、PCRはものになるかもしれないなっていうふうに考えてたので、なんとかキャリーをクビにしない方向でジェフと話し合いを行います。
ただ、この2人にはですね、もうあいつをいい加減クビにしろっていうですね、他の社員からのプレッシャーはすごいあったみたいですね。
ですので、あの2人ともですね、キャリーに対して何かの罰は与えないといけないよねっていうことで、
彼をですね、DNA合成グループのリーダーから外してですね、PCR研究に対して会社に半年に1回レポートをきちんと提出しなさいと、あとその成果を出す期限はですね、1年間とするっていうことを決めます。
キャリーはですね、問題を起こしたけれども、1年間の執行猶予が与えられたような、そういう形になりました。
でも1年って結構短いですよね。なんかそれこそ研究テーマで考えたら短くても2年とかのイメージなので、なかなかこのキャリーだからこそできるんじゃないかという期待もあっての1年なのかなという気もしますね。
そうですね、みんなからの嫌われ者だったので、1年ぐらいしか持たせられないっていうふうにも考えたのかもしれないですけど、ちょっとこの期間がなぜ1年なのかちょっとよくわかりませんが、1年の執行猶予はもらえたということですね。
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トム・ホワイトはですね、アイディアとしてですね、PCR はものになるかもしれないなというふうには考えてました。
ただですね、キャリーはですね、この時点であくまでもですね、有機化学合成の専門家で、生化学とか分子生物学のですね、知識はないというふうに考えて、それをサポートすることにします。
いろいろな手を打っていくというところになっていきます。
今回はですね、ここまでにしまして、では実際今後どのようにPCR が開発されていくのかというところをですね、次回以降お話ししていきたいと思います。
では、次回までどうぞまた楽しみにしてください。ありがとうございました。
ありがとうございました。