科学者たちはどうやってDNA配列を読み取っているの？

DNA(デオキシリボ核酸)には、身体を維持するのに必要なすべての情報が書き込まれています。しかし、その構造はとてもシンプルです。

DNAは４種類の化学物質の構成成分が、いろんな配置で並ぶことで作られています。この配列はあなたの体に関する取扱説明書となっています。塩基と呼ばれる構成成分は、アデニン、チミン、グアニン、シトシンの４種類で、普通は単にA、T、G、Cと呼ばれています。

DNAに書かれた情報は、遺伝子と呼ばれる単位でまとまっています。遺伝子は取扱説明書に書かれた一つの文のようなものです。

遺伝子の多くが、髪の毛の伸長や食べ物の消化、酸素の循環といった、日々の身体の維持をつかさどっています。なので、DNA配列の99.9％は全人類で全く同じです。残りの異なる部分があなたの個性を生み出しています。たとえば、あなたの目が青いとすれば、茶色の目の人と、いくつかの遺伝子上の文字がほんの少し違っていることになります。

私達が成長するとき、私達の細胞は分裂します。一つの細胞が二つになるのです。細胞が分裂するとき、新しくできる細胞には、DNAの完全なコピーがそれぞれの細胞で新しく必要になります。DNAにはこの複製を簡単にする構造があります。二本鎖になっているのです。細胞が分裂するとき、鎖が分裂し、それぞれの鎖で新たな二本鎖が作られるのです。では、それがどのようにして起こるのかを見ていきましょう。

片方の鎖にAという文字があれば、その対になる鎖には必ずTという文字があります。GのときはCがその対となります。なので、ある短いDNA断片は次の図のようになります。

Credit:Mark Lorch

では、分裂中の細胞での片方の鎖を見てみましょう。最初のAに対応するTがまずくっつきます。

Credit: Mark Lorch

次に、Tに対応するAがくっつきます。

Credit: Mark Lorch

次に、CがGの反対に入ります。

Credit: Mark Lorch

このようにして、DNAの新しい二本鎖が完成するまで続きます。

DNAを読む

DNA複製のこの方法を利用すれば、DNAの配列を読むことができます。

そのために、科学者たちは読みたいDNAを4本の試験管に分けます。そして、試験管に細胞がDNAを複製するために使っている仕組みをすべて加えた上で、多くの追加のA、T、G、Cを加えます。

次に、配列上で次の文字とくっつくことができなくなるように加工されたDNAの塩基を加えます。わかりやすくイメージするために、レゴブロックを思い浮かべてください。そのブロックの頭にはくっつくためのポッチがなくなっていて他のブロックと頭でくっつくことができません。これらの特別な文字をA*、T*、G*、C*と表記します。

4つの試験管にはそれぞれ、特別なDNAの文字が加えられます。1つ目にはA*を、2つ目にはT*を、3つ目にはG*を、4つ目にはC*を加えます。

それではA*が加えられた1つ目の試験管で、DNA配列がどうなるのかを見ていきましょう。

最初は、上記でみたように、最初の文字Aに対応するTが加わります。