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7月8日、7月9日の2日間にわたり、
高等科3年・選択生物の授業(担当:鍋山 教諭)を取材しました。
この授業では、1年間を通して
大学の生命科学の分野に直結するような実験を行っています。
今回は、「pGLOバクテリア遺伝子組換え実験」を行いました。

紫外線で緑色蛍光に光ることで知られているオワンクラゲは、
GFP (Green Fluorescent Protein = 緑色蛍光タンパク質 )を
つくり出すことによって緑色蛍光の性質を持っています。
今回の実験では、この GFP を組み込んだプラスミドDNAを
大腸菌に組み込みます。
本来、大腸菌のコロニーは白色ですが、
遺伝子導入することでその性質を変え、
オワンクラゲと同様に緑色蛍光に光る性質に変化します。

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(図1)今回大腸菌に組み込むプラスミド DNA

今回の実験には、高等科の3年生18名が参加。
学習のテーマは、遺伝子組換え技術の理解と、
遺伝子発現の制御について学ぶことです。
担当の鍋山教諭より、
実験の流れと注意点についての説明を受けてから、実験スタートです。

<1日目 遺伝子組換え操作>

1日目は、プラスミドDNAを大腸菌に導入する
遺伝子組換え操作を行いました。
大腸菌とプラスミドDNAを混合し、
4℃→42℃(50秒)→4℃
というヒートショック(温度の急激な変化)
を与えることで、大腸菌の内部にDNAが入り込みます。
42℃はたった50秒だけ温めるのですが、
成功するか否かはヒートショック時間の正確さにかかっています。
生徒達もタイマーを構えて緊張の面持ちで行いました。

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(写真)実験に参加した生徒たち

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(写真)プラスミドDNAを混合する操作

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(写真)ヒートショックを与える操作

次に、ヒートショック後の大腸菌を、4種類のプレートに広げます。
+DNA(プラスミドDNAを加えた大腸菌)を、
LB/amp、LB/amp/ara プレートにまきます。
下の図の①、②です。

-DNA(プラスミドDNAを加えていない大腸菌)を、
LB/amp、LB プレートにまきます。
下の図の③、④です。

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(図2)今回の実験で使用する4種類のプレート

4種類のプレート中の①、②に注目します。
(③はネガティブコントロール、④はポジティブコントロールです。)
② で大腸菌の白色コロニーが生えてくれば遺伝子導入が成功したことになり、
②はUVランプで緑色蛍光に光れば、遺伝子組換えの成功と、
大腸菌内で GFP (緑色蛍光タンパク質)がつくられ、
実験が成功したことになります。

結果を楽しみに、翌日まで大腸菌を37℃の
インキュベーターで培養します。
一晩培養することによって大腸菌が増殖し、
翌日コロニーと呼ばれる状態で観察することができるようになります。
さあ、どうなるでしょうか。

4枚中1枚だけ緑色蛍光に光っていれば実験成功です!

<2日目 結果観察>

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(写真)UVランプを照射しながら、結果観察をする生徒たち

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(写真)+DNA LB/amp/ara (②) と +DNA LB/amp/ (①) の比較

上の写真は、+DNA LB/amp/ara (②) と +DNA LB/amp/ (①) の比較です。
①は遺伝子導入は成功していますが、
GFP をつくる遺伝子は OFF になっているため緑色蛍光に光りません。
一方②は遺伝子導入が成功しており、
かつGFPをつくる遺伝子が ON になっているので、緑色蛍光に光ります。

実験は成功で、きれいな緑色蛍光のコロニーを観察することができました!

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(写真)緑色蛍光のコロニー

生徒のみなさんにとっては、
自分の手を動かしながら科学のおもしろさに触れ、
日ごろの学習内容を再確認する貴重な体験となりました。

高等科3年の選択生物では、1年間を通して
大学の生命科学の分野に直結するような実験を行っています。
次回は、動物組織の超薄切片を作製し、染色していく実験を行う予定です。

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