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中国のクローン動物研究

2011年 2月 4日

頼良学

頼良学(Lai Liangxue):吉林大学畜牧獣医学院教授、
中国科学院広州生物医薬・健康研究所研究員、
華南胚胎幹細胞・再生医学研究所副所長
 

1995年東北農業大学生物工学科卒業、理学博士号取得。1998年から2006年の間、アメリカミズーリ大学動物研究センターポストドクター・研究助教授、ミズーリ大学国家豚資源保護・研究センター研究助教授、アメリカ先進生殖治療センター実験室主任を歴任。2007年に中国に帰国し任職。
体細胞遺伝子ターゲット技術と体細胞クローン技術を組み合わせ、世界初となる遺伝子ノックアウトのガラクトシダーゼ転移酵素クローン豚を誕生させた。この成果により、大型動物の遺伝子指向性修飾の面で重要な技術的進展が得られた。また豚の器官からガラクトースを取り除くことで、人体への豚器官移植に伴う超急性拒絶反応を解消した。この成果は、アメリカNIHのNCRR基金から当年唯一の代表的進展として選ばれ、またアメリカ「Populous Science」誌の年間最優秀新科学技術賞を受賞した。その後、重要な医療価値をもつ遺伝子組み換えクローン豚20種類以上の作製に成功した。2つの研究成果はそれぞれ2002年と2006年にアメリカ「ディスカバリー」誌の世界100大科学技術ニュースに選ばれている。
近年、各種国際学術誌(「サイエンス」、「ネイチャー・バイオテクノロジー」、「PNAS」、「Human molecular Genetics」などへの筆頭著者としての発表を含む)に論文60編あまりを発表。現在は主にヒトと動物の胚胎肝細胞の分離培養、遺伝子組み換え動物の作製と動物クローンの研究に従事。帰国後は国家レベル・省レベルの資金援助研究プログラム12項目を担当、国家「863」計画重要プロジェクト主管者、国家「973」プロジェクト(生殖・発育関連哺乳動物モデルの構築)首席科学者。

 2006年にISIから出版された「Year of Celebration」特集シリーズには、科学分野における20世紀の飛躍的成果が挙げられている。そのうちの二つがクローン動物分野のもので、一つが中国の科学者が1981年に生みだした初めてのクローン魚であるフナ、もう一つが1996年に成体の体細胞を用いて作製されたクローン羊「ドリー」である。

 クローン動物とは、細胞核移植技術による無性生殖によって作られる動物のことで、その遺伝情報は細胞核の供与体と完全に一致する。細胞核移植という概念は、Spemannが1938年に提起したのが最初で、その後の1952年、アメリカの科学者BriggとKingが両生類の細胞について発育の潜在的能力を研究する中で、核移植技術を初めて応用した。また1997年2月には、イギリスのロスリン研究所のWilmut博士とパートナーが、成体雌羊の乳腺上皮細胞を核の供与体としてクローンした羊「ドリー」を初めて誕生させた。この成果によって、哺乳動物体細胞クローンの新たな世紀が始まり、動物の体細胞には発育の全能性はないという、生物学界で長い間公認されていた観点が理論的に覆されただけでなく、増殖生物学、遺伝学などの基礎的な理論研究に対しても多大な影響がもたらされ、また牧畜業、生物種の保護、医療などの分野でもその巨大な応用価値が期待されるようになった。

中国人科学者が抱いたクローンへの初期の夢

 400年以上前に、中国明代の作家呉承恩はすでにその小説「西遊記」の中で、孫悟空が毛をつまんで抜き一吹きすると、それがたちまち無数の小さな孫悟空に変わるという場面を描いている。これが、中国人にとって最初の「クローン」への夢かもしれない。中国でのクローン動物に関する実際の研究は、新中国成立後間もない1950年代に、国際的な核移植研究とほとんど同時期に始まった。その後の数十年間に、中国のクローン技術は先進的地位から立ち後れ、再び奮起し輝きを取り戻すという過程を経てきた。1960年には初めて、金魚の嚢胚細胞と金魚の卵を材料とした核移植胚胎が作られた。1963年7月に、童第周教授を筆頭著者とする論文「魚類細胞の核移植」が中国の雑誌「科学通報」に発表され、中国の動物クローン研究の幕開けとなった。童第周氏らの研究は中国の核移植研究の基礎を築くとともに、胚胎学研究に従事する専門家らを育て上げ、童第周教授は、中国の、ひいては世界のクローン動物研究の先駆けともなった。その後、魚類クローンの研究は中国科学院動物研究所、中国科学院武漢水生生物研究所、中国水産科学院長江水産研究所などで引き続き進められ、コイとフナの間、ソウギョとヒラウオの間で相次いで異種配合クローンに成功している。中国科学院水生生物研究所のある研究グループは1981年に、三倍体の成体フナの腎臓細胞核を二倍体のフナの核を取り去った卵子に移植し、三倍体のクローン魚を作製した。その研究論文は1986年の「水生学報」に発表され、生体細胞でも脱分化とリプログラミングが可能であることが初めて証明された。これは世界で初めて報告された体細胞クローン動物であり、イギリスの体細胞クローン羊ドリーの誕生よりも10年早かった。しかし当時の中国はまだ対外的に開放されておらず、中国の科学界と海外の同分野との交流は難しかった。このため、その草分け的な成果も当時は国際的な承認を得られず、世界の科学界に対してあるべき影響を及ぼすことはなかった。そして1996年にイギリスで体細胞クローン羊の「ドリー」が誕生してはじめて、体細胞核移植の研究が全世界範囲で注目されるようになる。

世界の動物クローン技術の発展に対する中国人科学者の貢献

 その後進められた哺乳動物の核移植研究では、経済が未発達で科学研究への資金投入が限られていたことから、中国は同分野研究の国際的なスピードに追いつかず、哺乳動物の胚胎細胞核移植から体細胞核移植にいたるまで、中国の核移植研究はつねに研究を追尾していくという後れた状態にあった。しかし、中国人は哺乳動物の核移植研究の潮流に乗り遅れていたわけではなく、早い時期に輩出されていたクローン分野の中国人学者は、海外に出て欧米など先進国の優れた科学研究条件のもとでクローンへの夢を追求し続けた。関係者の統計によれば、世界のクローン動物研究者のうち中国人は約50%を占めている。中でも最も有名なのは、「クローン牛の父」とも称される華人科学者の楊向中教授である。実際、哺乳動物核移植分野の多くのパイオニア的研究成果は、中国人科学者が外国の実験室で得たものである。その例として、世界初の胚胎細胞クローン猿の作製者である孟励博士、世界初の体細胞クローンラットの作製者である周琪博士、世界初の遺伝子ノックアウトクローン豚の作製者である頼良学博士、世界初の体細胞クローンラバと馬の作製者である李光鵬博士、世界初の体細胞クローンフェレットの作製者である李子義博士などが挙げられる。しかも注目すべき点は、これらの科学者のうち楊向中教授以外は、ほとんど例外なく中国の同じ実験室で学んだり働いたりした経験があるということである。それは中国ハルピンにある東北農業大学の秦鵬春教授の実験室であり、そして秦鵬春教授はほかでもない童第周氏の教え子である。

 国内に留まった科学者もクローン動物分野での研究を止めることはなかった。1997年に「ネイチャー」誌でドリーの研究結果が発表された翌年、国家自然科学基金委員会は重点支援項目を設けて、その対象を直接、動物体細胞クローンとした。胚胎細胞の核移植研究の面で一定の基礎があった中国科学院動物研究所、揚州大学、中国科学院発育生物研究所、西北農業大学の3つの研究チームがこのプロジェクトを共同で遂行することに決まった。1999年には、中国初の体細胞クローンヤギが揚州大学で誕生した。2000年には西北農業大学で体細胞クローンヤギの作製に成功した。2002年、中国科学院動物研究所は中国で1頭目となる体細胞クローン牛を誕生させた。その後の2003年、中国農業大学の李寧教授が指導する研究チームがまとまった数のクローン牛の大規模作製を果たした。最近3~5年の間には、海外に留学したクローン動物分野の学者が中国に帰国し、中国のクローン動物技術はさらに急速に発展している。中国科学院動物研究所、中国農業大学西北農林科技大学、揚州大学、北京大学東北農業大学、新疆農科院、内蒙古大学広西大学吉林大学上海交通大学、中国農科院、内蒙古農業大学、山東農業大学、天津市畜牧獣医研究所、華南農業大学、深圳華大大学院、雲南農業大学など全国の多くの研究機関が動物クローン技術を獲得し、マウス、ウサギ、ヤギ、羊、牛、水牛、豚など多種のクローン動物を誕生させている。

 ジャイアントパンダのクローンは、中国の動物クローン研究にとって独自の一分野となっている。ジャイアントパンダは世界でも最も珍しい動物の一つで、国家一級絶滅危惧保護動物でもあり、中国でも「中華国宝」と呼ばれ珍重されている。ジャイアントパンダは頭数が少なく繁殖率が低いことから、1998年、中国科学院動物研究所の主席科学者である陳大元氏は、ジャイアントパンダクローンを初めて正式に提案した。ジャイアントパンダクローンプロジェクトは国家科技部と中国科学院の支援を受けて、計1,100万元の予算を承認された。しかし、ほかの動物のクローンと比べてジャイアントパンダのクローンには難題が多かった。ジャイアントパンダは絶滅の危機に瀕した保護動物であるため、卵子を採取して代理生殖させることができず、異種核移植をし、異種動物による代理妊娠という方法をとるしかない。実験を繰り返し困難な研究を経て、陳大元が率いる研究チームは、まずジャイアントパンダの体細胞核を、核を取り去ったウサギの卵子母細胞に入れ、嚢胚の育成に成功した。そしてこの異種核移植嚢胚を代理妊娠する猫の子宮内に着床させた。その後チームは代理妊娠動物としてツキノワグマを選んだが、クローン胚胎の発育は早期胎児までで止まった。2005年に国家プロジェクトの期間が満了したことから、ジャイアントパンダクローンに対する大規模な研究資金援助は一旦停止されたが、科学者らはこの研究を今も続けており、ジャイアントパンダクローン実現のための最後の関門を突破すべく努力している。

動物クローン技術の中国における実際の応用

 核移植技術の出現により、細胞分化の潜在的能力と核質の相互作用など基礎生物学上の課題にとって重要な研究ツールがもたらされた。そればかりでなく、この技術は実際の応用面でも非常に重要な価値を持つもので、良種の増殖、絶滅危惧種の保護などの面で直接応用できるほか、核移植技術を遺伝子組み換え技術と結びつけた遺伝子組み換えクローン動物技術、核移植技術を胚胎幹細胞技術と組み合わせた再生医学研究は、動物の新品種育成や医学研究の面でも重要な応用価値をもつものである。

 遺伝子組み換え動物の研究では、クローン動物技術の登場により、体外で遺伝子トランスフェクションやスクリーニングをして得られた遺伝子組み換え細胞を利用し、核移植ができるようになった。これによって遺伝子組み換え大型動物を効率よく作れるようになり、また動物新品種の育成、バイオリアクターによる製薬、ヒトの各種疾病の動物モデル構築、異種器官間移植供与体に活用されるようになった。

 中国の科学者はクローン動物技術を手に入れると、それを遺伝子組み換え技術と結びつけ、これによって遺伝子組み換えクローン技術は中国でも急速に発展した。2002年、中国科学院遺伝・発育生物学研究所と青島森淼実業有限公司は、乳腺バイオリアクター研究プロジェクトを共同で始め、医療用タンパク質をもつ遺伝子組み換え体細胞クローンの乳用ヤギ4頭を誕生させて、そのうち3頭が生育された。2003年3月には中国農業大学の李寧教授が指導する科学研究チームが遺伝子組み換えクローン牛の作製に成功した。同年10月に同チームはさらに、世界で初めてとなるヒトフコース転移酵素遺伝子の体細胞クローン牛を作った。その後も同チームは、人乳ラクトフェリンと乳清タンパク質の遺伝子組み換え乳牛を一度に複数頭作製することに成功している。2006年10月、東北農業大学の劉忠華教授のテーマ研究グループでは緑色蛍光タンパク質遺伝子を組み換えたクローン子豚3頭を作った。遺伝子組み換え動物作製のこうした成功例によって、中国政府による遺伝子組み換え新品種育成のための重要プロジェクト実施が後押しされた。2008年以降、遺伝子組み換え動物の研究は全国の農業体系で全面的に展開され、クローン技術を利用した遺伝子組み換え動物の新品種が、相次いで大量に登場した。遺伝子組み換えクローン牛、遺伝子組み換えクローン豚、遺伝子組み換えクローンヤギ、遺伝子組み換えクローン羊などの作製に、全国の多くの組織が相次いで成功している。異種器官移植と疾病モデルの作成の面では、著者自身が2002年にアメリカで、異種器官移植に用いられるα,1,3-ガラクトシダーゼ転移酵素の遺伝子ノックアウト豚を世界で初めて作製した。その後2008年に帰国して中国科学院広州生物医薬・健康研究院に入り、ヒト疾病遺伝子組み換えクローン豚のモデル作成と異種器官移植用の遺伝子組み換え豚の作製・研究をすすめて、帰国後3年の間に多種の遺伝子組み換えクローン豚と遺伝子ノックアウトクローン豚の作製に成功した。2008年には軍事医学科学院軍事獣医研究所と協力し、抗豚コレラウィルス遺伝子組み換えクローン豚を作製した。2009年には抗インフルエンザMXI遺伝子組み換えクローン豚と4色の蛍光遺伝子組み換えクローン豚モデルの獲得に成功した。2010年、ハンチントン舞踏病遺伝子組み換え豚モデルを初めて作り上げるとともに、動物モデル大脳中の細胞アポトーシス現象を発見した。この研究成果はカバー論文として雑誌「Human Molecular Genetics」に発表され、関連する一連のヒト疾病遺伝子組み換え豚モデルについて現在もなお研究が続けられている。今後、広州は中国における大型動物モデルの重要な基地となり、ここから全国そして世界の関連疾病研究者にモデルが提供されていくであろう。2008年、新疆農墾科学院はヒト幹細胞再生増強因子をもつ遺伝子組み換えクローン羊を作製した。2010年、内蒙古大学はインスリン様成長因子Iをもつ遺伝子組み換え毛用ヤギ複数頭を初めて誕生させ、同年には広西大学でも遺伝子組み換えクローン水牛が初めて作られた。また最近、中国農科学院でもα,1,3-ガラクトシダーゼ転移酵素の遺伝子ノックアウト豚の作製に成功し、中国農業大学の李寧教授のテーマ研究グループや吉林大学などでもヒト疾病遺伝子組み換え豚モデルを多種作製している。2010年、中国科学院昆明動物所の季維智氏テーマ研究グループは遺伝子組み換えサルの作製に初めて成功した。中国の遺伝子組み換え動物研究、中でも大型動物の遺伝子組み換え研究は、すでに国際的にも関連分野研究の先端レベルにあるといえる。

治療用クローンから多能性幹細胞へ——中国人科学者による新たな追求

 体細胞クローン動物の相次ぐ誕生とヒト胚胎幹細胞系の樹立にともなって、「治療用クローン」は徐々に採用可能な医療手法となってきている。クローン動物技術と胚胎幹細胞技術を組み合わせた治療用クローンの研究は、かつて科学者らが将来的に最も価値があると考えたクローン技術応用方法である。「治療用クローン」とは、核移植技術によって患者の体細胞に由来する胚胎を作り、胚胎が嚢胚段階まで成長した後に内部細胞塊を取り出して体外で胚胎幹細胞を培養する、そして胚胎幹細胞を患者にとって必要な細胞タイプに分化するよう指向誘導し、患者の体内に再度移植するというものを指す。また、組織的技術によって患者に必要な組織や器官を作り、それを患者に移植して、病変・損傷した細胞、組織、器官に替えたりこれを補うことで、疾病に対する治療を実現するというものも指す。クローン技術では核を取り去った卵母細胞を受容体とする必要があるため、ヒトの疾病治療の場合には卵子の供給源が少ないという問題がある。2003年、上海第二医科大学の盛会珍教授が指導する研究グループは大胆な試みを行った。グループでは、ウサギの卵母細胞を受容体としてヒト体細胞の異種核移植を行ってヒト胚胎幹細胞の分離採取に成功し、科学界に衝撃を与えた。しかしこの実験は再度実施されておらず、また治療用クローンは胚胎段階を経る必要があり、倫理上の複雑な問題にも関わるため、この技術の採用についてはまだ不確定な要素が多い。2006年、日本人科学者山中博士による幹細胞分野での飛躍的研究成果を受けて、中国の科学者らは自らの目標を改めて調整することとなった。山中博士は、成体マウスの細胞を体外誘導し、機能が胚胎幹細胞と類似する「誘導多能性幹細胞」、すなわちiPS 細胞を世界で初めて作った。このことは、胚胎段階と議論の喧しい倫理上の問題を回避し、治療用の各種組織細胞や器官さえもiPS細胞を用いて直接得られる可能性があるということを意味する。喜ばしいことに、中国はこの方面の研究にいち早く歩調を合わせており、2007年には中国科学院広州生物医薬・健康研究院の裴端卿博士が指導する研究チームが、国内で初めてマウスのiPS細胞取得に成功しており、独自の研究成果を挙げている分野もある。また2009年に裴端卿博士の研究チームは、iPS誘導におけるビタミンCの特異な作用を発見している。それは、培養基にビタミンCを加えると、iPS誘導効率が0.001%から10%へと高まるという点で、これによって多能性幹細胞の研究がいっそう加速していくための経路が得られた。2010年、同研究チームはさらにiPS細胞のリプログラミング過程の研究において画期的な成果を挙げている。それは、誘導多能性幹細胞を形成するリプログラミング過程が始まるメカニズム、つまり間葉系細胞と上皮細胞の転換過程を解明したことである。この発見は、誘導多能性幹細胞のメカニズム研究にとって飛躍的なものであるとともに、誘導多能性幹細胞技術を引き続き改善していくための理論的根拠をも示すものであった。2010年、中国科学院動物研究所の周琪博士の研究グループは、北京生命科学研究所の高紹栄博士の研究グループと同時に、iPS細胞を利用し最も難しい四倍体嵌合技術によって、完全にiPS細胞由来の生殖能力を備えた生体クローンマウスを誕生させたと発表した。これは、世界で初めて完全にiPS細胞から作られた生体マウスであり、iPS細胞に本当の全能性があることの有力な証明である。この成果によってiPS細胞の研究は新たな段階に進み、国際的にも注目されるこの研究分野における中国の重要な貢献ともなった。

 以上を総合すると、クローン動物技術には動物の増殖能力向上、畜産品の品質改善、ヒト疾病モデルの構築、異種器官移植、生物医薬製品の生産などの面でいずれも幅広い応用の見込みがある。中国政府の強力な支援と推進を受け、多くの科学研究従事者が努力を続ける中、中国のクローン動物研究と関連の遺伝子組み換え動物研究、再生医学研究では一定の成果が得られている。クローン動物技術はバイオハイテク技術であり、今後の解決が必要な技術的な重要課題がまだ存在し、また理論的問題についても解明が求められ、研究成果と現在の実際のニーズとの間には大きな隔たりがある。しかし、クローン動物研究がさらに進み、遺伝子組み換え技術、幹細胞技術など関連のバイオテクノロジーが進歩するとともに、その産業が発展するにつれ、中国の科学者によるこれら分野の研究はさらに人類に資するものとなっていくであろう。


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