1993年ノーベル化学賞(1)
受賞理由
DNA化学での手法開発への貢献（PCR法の発明）
受賞者
アメリカ合衆国
解説
PCR（ピーシーアール）は、DNAを何度もコピーして量をふやす“分子のコピー機”です。キャリー・マリスさんは、温度を上げ下げするだけでDNAを自動的に増やす方法を思いつきました。熱でDNAの2本の糸をいったんバラバラにし、それぞれを型にして新しい糸を作ります。これを何回もくり返すと、もとのDNAがあっという間にたくさんになります。お医者さんはこの方法で病原体をすばやく見つけたり、恐竜のような古い化石のDNAを調べたりできます。コピー機が本を読みやすくしたように、PCRは遺伝子の研究をグッと身近にしました。
関連キーワード
ポリメラーゼ連鎖反応
DNAを温度サイクルで指数関数的に増幅する方法。プライマー、dNTP、耐熱性DNAポリメラーゼが主要要素で、30–40サイクルで10^9倍以上に増える。高感度・高特異性で、多くの生物学・医療分野の標準技術となった。電気泳動やリアルタイム検出を通じて迅速な解析が可能。近年はデジタルPCRで絶対定量にも対応。COVID-19診断で社会的認知がさらに高まった。
Taqポリメラーゼ
Thermus aquaticusから単離された耐熱性DNAポリメラーゼ。高温（約72℃）でも活性を保持し、PCRの自動化を決定づけた。校正活性は持たないが、反応速度が速く汎用的。ホットスタート型、ハイスループット用酵素など派生品が多い。NGSライブラリ調製やクローニングでも広く利用。耐熱酵素探索の成功例としてバイオプロスペクティングの重要性を示した。
サーマルサイクラー
PCR反応管を高速で加熱・冷却する装置。ペルチェ素子と精密温度センサーで数℃単位の制御を行う。多検体を同時に処理でき、プログラム設定により自動化が可能。リアルタイム機能付きモデルは光学系を備え、蛍光シグナルをリアルタイムで検出する。小型バッテリー駆動型やマイクロフルイディクス統合型も開発。現代の分子生物学実験室の必須機器となっている。
DNAアンプリフィケーション
DNA量を人工的に増やす技術の総称。PCRのほか、LAMPやRPAなど等温増幅法も含む。目的は遺伝子解析、病原体検出、法医学サンプルの増量など多岐にわたる。増幅の過程でエラーが入る可能性があり、酵素選択やサイクル数調整が重要。結果は電気泳動やシークエンスで確認される。適切な増幅は診断の信頼性を左右する。
遺伝子診断
DNAやRNAを調べて病気の原因や体質を調べる医療行為。PCRは微量核酸を増幅して検出感度を高める核技術として機能する。がんのドライバー変異解析、感染症診断、新生児スクリーニングなどで利用。検査結果は治療薬選択や感染拡大防止策に直結する。機器の小型化で在宅検査も現実化。倫理と個人情報保護の議論も重要。
COVID-19検査
SARS-CoV-2ウイルスRNAを検出するためにRT-PCRが世界中で採用された。プライマーとプローブはウイルスタンパク質遺伝子（N、E、RdRpなど）を標的に設計。高感度ながら偽陰性を避けるため前処理と品質管理が重視される。検査キットの大量生産が試薬供給網に負荷を与えた。結果は公衆衛生政策や行動制限の根拠となった。PCR技術の社会的意義を改めて示した事例である。