それは、浜辺でのセックスから始まる。 ゼブラフィッシュのペアは、他の群れから離れ、どんどん浅い海へと移動し、互いに急速でダートな動きで飛び回ることを続けます。 メスは水面下2〜3センチになると、岸に近いという生物学的な反応が起こり、数百個の卵を産み付ける。 メスは数百個の卵の塊を産み、パートナーによって速やかに受精させられる。 数日のうちに、何百匹もの若いゼブラフィッシュが、獲物を狩って食べることができる段階まで成長します。
これは驚くべきパフォーマンスで、自然界で最も興味深い生殖儀式のひとつです（コラム、32ページ参照）。 しかし、ゼブラフィッシュの交尾は、単なる生物学的好奇心をはるかに超える意味を持っています。 この魚は、近年、科学的に驚くべき重要性を獲得しており、現在、人間の体内にある2万個の遺伝子すべての役割を解明する上で重要な役割を担っているのである。 水族館のペットとして最もよく知られている生物が、科学界のスターになったのです。
これは劇的な変化です。 しかし、なぜそれが起こったのでしょうか。 アジアの淡水河川に生息するこの白黒の小さな生き物は、何がそんなに特別なのか。 そしてさらに重要なことは、この生物が解明しようとしている医学的な秘密とは何なのか、ということです。 最初の疑問に対する答えは簡単だ。 ゼブラフィッシュの人気が急上昇しているのは、科学者が人間の病気をモデル化する際に求める特性について、ほぼすべてのボックスを満たしているからです
まず第一に、数の問題があります。 ゼブラフィッシュは卵を産むたびに何百もの子供を産むので、科学者は研究のターゲットを十分に確保することができます。 さらに、ゼブラフィッシュは驚異的なスピードで成長する。 「胚は1日で人間の胚が1カ月で成長するのと同じくらい成長し、魚は3カ月で完全に成魚になり、最大サイズが約2インチになります」と、ケンブリッジシャーのサンガー研究所のゼブラフィッシュ研究者、エリザベス・ブッシュ＝ネントウィッチは述べています。 ブラインシュリンプと淡水という餌があれば、何年も幸せに暮らせるのです。 そして最後に、おそらく最も重要なことは、若いゼブラフィッシュはほとんど透明であるということだ。これは、研究者が成長や分裂に伴う体内細胞の研究を可能にする重要な特徴である。 この点については、サンガーの研究者であるケレン・カーズも強調している。 「ゼブラフィッシュの胚にあらゆる種類の実験的な変更を加え、その生理学的な結果をほとんど即座に見ることができるのです。 しかも、ゼブラフィッシュはほとんど透明なので、その変化を簡単に調べることができるのです。 これは、殺さなければ研究できないような他の実験動物ではできないことです。 そのため、ゼブラフィッシュは科学にとって非常に有用です」
実際、ダニオ・レリオ（学名）は、現代の生物学研究にとって有用というよりも、なくてはならない存在です。 その透明度と目覚ましい成長速度と相まって、ゼブラフィッシュの遺伝子構造は驚くほどホモ・サピエンスのそれに近いのです。
その結果、科学者はすでにこの魚を使って、何百もの人間の遺伝子の機能を突き止めたのです。 「10年前にヒトゲノム・プロジェクトが完了したおかげで、人間の体質を構成する2万ほどの遺伝子すべての構造がわかりました」と、サンガーのマウスおよびゼブラフィッシュ遺伝学部長であるデレク・ステンプル氏は言います。 それが今日、私たちが直面している課題です。 遺伝子が何をするのか、どんなタンパク質を作るのか、どのように相互作用するのかを発見する必要があるのです。 いくつかの遺伝子が何をするのかはわかりましたが、大半の遺伝子の役割は謎のままです–そこで、ゼブラフィッシュの登場です。 さらに言えば、ヒトの病気を引き起こす遺伝子を調べると、その84%にゼブラフィッシュの類似品があるのです。 そのため、ウェルカム財団は、サンガー研究所でのゼブラフィッシュの研究に多額の資金を提供しています」
ヒトとゼブラフィッシュのゲノムの比較による成果には、珍しい型の筋ジストロフィーに関与する、これまで知られていなかったいくつかの遺伝子、ヒト胚の発生や心臓の生理学に関与する遺伝子経路、皮膚癌の将来の治療として現在試験中の薬剤の発見が挙げられます。 シェフィールド大学の心臓専門医であるティム・チコ博士の研究は、その一例である。 「私の心臓とあなたの心臓を作ったのと同じ経路と遺伝子が、ゼブラフィッシュの心臓の発達のスイッチを入れているのです」と、チコ博士は指摘する。 そして、この類似性は非常に重要な意味を持つと、彼は付け加えました。
「私たちには、心臓病の次の最良の薬になるかもしれない何千もの化合物のライブラリーがあります。 ゼブラフィッシュを使えば、化合物が効果を発揮するかどうか、非常に迅速にスクリーニングすることができます。 遺伝子のスイッチを切ると、ゼブラフィッシュがダメージを修復するために血管を再成長させる様子を見ることができるのです。 もし人間で正しい遺伝子をオンにすることができれば、心臓発作の後でもより長く生き、よりよく生き延びることができるでしょう」
これらのプロジェクトは、なぜゼブラフィッシュが科学者にとってのピンナップ動物になったのかを説明しています。 しかし、約300メートル前に人類と共通の祖先を持った生物から、研究者はどのように情報を得るのでしょうか。 その答えは、ステンプルが教えてくれる。 この研究者は、自転車、クラッシュヘルメット、様々な廃棄された衣服で満たされたオフィスに座っている。 彼の部屋からは、ケンブリッジシャーのゲノムキャンパスの端にある広大な建設現場が見渡せ、サンガー研究所と敷地を共有しているヨーロッパバイオインフォマティクス研究所の新しいセンターが建設中である。 前世紀に初めて開発されたゲノム キャンパスは、遺伝子技術の目覚ましいブームによって、それ以来、激しい拡張の焦点となっています。
科学者たちは、最初のヒト ゲノム配列決定に何年もかかり、何十億ポンドも費やしました。 今日、その作業は数千ポンドで、わずか数時間しかかかりません。 サンガー研究所の研究者たちは、患者、動物（ゼブラフィッシュを含む）、腫瘍細胞の遺伝子構造を調べるために、毎日何兆ビットものデータを自動遺伝子配列解析装置から流し込んでいます。 「バイオインフォマティクスは未来の科学です」とステンプルは言う。 バイオインフォマティクスは未来の科学です」とステムプル氏は言います。「それがここでの研究の原動力であり、ゼブラフィッシュの研究の原動力です」
膨大なデータの塊を分析できることは、ゼブラフィッシュを使ってヒト遺伝子の秘密を探る上で重要です。 しかし、この情報を得るために採用された基本的な手順は、遺伝子研究のより伝統的なアプローチに基づいています。 「私たちが行っているのは、突然変異の生成です」とステンプルは言う。 「オスのゼブラフィッシュを化学物質で処理し、その遺伝子に突然変異を起こします」
遺伝子は、すべての動物の体内でタンパク質の製造を指示する役割を担っています。 ですから、遺伝子に変異が生じると、その遺伝子が作るタンパク質が破壊されます。 例えば、半分に切断されたタンパク質が作られるかもしれません。 研究者のコツは、ある遺伝子の特定の変異を、ゼブラフィッシュの外見や行動の変化と結びつけることで、その遺伝子によって通常作られるタンパク質を明らかにすることにつながります。 「ゼブラフィッシュは、ホモサピエンスの遺伝子と非常によく似たものを持っているので、ヒトの遺伝子の機能も教えてくれるでしょう」
これを行うために、研究者は、変異したゼブラフィッシュのオスを作ると、未処理の正常なゼブラフィッシュのメスと交配させました。 そして、そのオスの突然変異は、新しい世代のゼブラフィッシュに受け継がれるのです。 この第一世代の魚を交配して第二世代を作ると、ある魚は同じ変異遺伝子のコピーを2つ持っています（1つは母親から、もう1つは父親から）。 「そして、最終世代の魚を見て、変わった特徴を持つ魚を調べます。 たとえば、最近、突然変異の研究によって生まれた、色素がまったくないゼブラフィッシュの家族を見つけました」
「ゲノム解析の結果、そのゼブラフィッシュは slc22a7b という遺伝子に変異があることもわかりました。 この遺伝子が色素形成に関与していることを示す明確なリンクがありました。 さらに重要なことに、その遺伝子に相当するヒトの遺伝子があり、それが現在、ヒトの色素形成に関与する遺伝子のコード化に関与していると考えています」
医学におけるゼブラフィッシュの価値を示すもうひとつの例は、サンガー大学のカーズが行っている研究によって提供されます。 彼女は、ジストログリカノパシーとして知られる筋ジストロフィーの一種を研究しており、これは一般に赤ちゃんや幼児に見られ、衰弱や運動能力の喪失を引き起こします。 カーズ教授は、ゼブラフィッシュを使って、B3galnt2およびGmppB遺伝子の変異が、健康な胚に比べて小さくて曲がった胚を生み出すことを発見しました。 「B3galnt2とGmppBで見つかった変異が、子どものジストログリカン症を引き起こすというのは、非常に強力な証拠です。 これらの遺伝子が関与していることがわかれば、これらの子どもたちにどのような治療ができるかを知る手がかりになります」。 また、ハーバード大学医学部の一部であるボストン小児病院の小児医学教授、レナード・ゾンも、ゼブラフィッシュ研究への熱意を共有しています。 「ゼブラフィッシュは素晴らしい生物学的システムです」と彼は言います。 「ゼブラフィッシュの胚は水に混ぜた化学物質を吸収することができます。 彼のチームが行った実験の1つで、ゾンは、ゼブラフィッシュ胚に様々な薬剤を加え、プロスタグランジンE2と呼ばれるものが、その血液幹細胞のレベルを増加させることを発見しました。 この細胞は骨髄で作られ、免疫システムを形成する白血球を含む、血液を構成するすべての種類の細胞の前駆体です。
この発見は、特に癌に苦しむ患者への幹細胞移植を強化するために使用できるため、重要であるとゾンは言います。 「骨髄は化学療法中に破壊され、治療が終了すると、患者の骨髄を交換する必要があります。 もし、患者の骨髄が自分のものと一致する親族がいない場合、医師は臍帯から採取した血液幹細胞を使用します。 臍帯血幹細胞は現在、日常的に臍帯バンクに保管されています。 臍帯血の輸血によって、患者の免疫系を回復させることができる。 しかし、臍帯血にはわずかな細胞しか含まれていないため、患者の免疫力が低下している間に、血液幹細胞の数を迅速に増やす方法を見つける必要があるのです。 私たちがゼブラフィッシュの研究から突き止めたプロスタグランジンE2は、そのための方法を示唆しています」
このアイデアは、ゼブラフィッシュとマウスを使った初期の実験によってすでに裏付けられています。 ゾンと彼のチームは、マウスから骨髄を取り出し、一部をプロスタグランジンで処理しました。 一部は無処置のままでした。 そして、その骨髄をマウスに戻した。 プロスタグランジンで処理された骨髄は、未処理のものよりもはるかに早くマウスの血液と免疫システムを回復させたのである。 化学療法を受けた白血病患者において、プロスタグランジンで処理した臍帯血輸血は、プロスタグランジンを添加していない患者に比べて、数日早く白血球と血小板を回復させることがわかった。 「サンガー研究所は、8,000セットの交雑した突然変異のゼブラフィッシュを研究するための資金を持っており、そこから科学者は、すべてのヒト遺伝子の80〜90％の機能を特定することを期待しています。 これらの情報は、オレゴン州のゼブラフィッシュ国際リソースセンター、ドイツのカールスルーエにあるヨーロッパゼブラフィッシュリソースセンターなどを通じて一般に公開されています。 また、私たちが作出したゼブラフィッシュの各変異系統から凍結精子のサンプルをこれらのセンターに送り、アーカイブを作成することもできます。 世界中の科学者が、この凍結精子を使って特定の突然変異を持つゼブラフィッシュの系統を作るよう依頼することができます。 そして、この遺伝子に相当するヒトの病気に効くかもしれない薬を試し、最も効果的なものを見つけることができるのです。 そしてそれはすべて、ゼブラフィッシュのおかげなのです。”
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