私たちは皆、突然変異体です。 私たちの種を定義するあらゆる特性は、進化の歴史のどこかで遺伝子の突然変異が起こった結果です。 そして、地球上の他のすべての生物についても同じことが言えます。 しかし、私たちは突然変異を障害や病気につながる悪いものだと考えることが多いようです。 では、こうしたDNAの変化はどれくらいの頻度で有害で、どれくらいの頻度で有用となり得るのだろうか？ 新しい研究によると、致死的な突然変異は、少なくともバクテリアにおいては、かつて考えられていたよりもはるかに少ないかもしれません。 大腸菌のような細菌は、約500万文字のDNAコードをコピーしなければなりません。 人間の場合、卵子と精子では約32億文字、その他の体細胞ではその倍の数のDNAがコピーされます。
コピーエラーが発生すると、それを検知して修復する高度なシステムにもかかわらず、時折その網をすり抜けるものがあります。 そのほとんどは、DNAの文字が1つだけ変化する「点突然変異」と呼ばれるものです。 しかし、このような突然変異でも、時には大きな変化をもたらすことがあり、遺伝子やそれが作り出すタンパク質を変化させることがある。 その結果、体の成長や働きに影響を及ぼすことがあるのです。
突然変異は進化を促進します。もし突然変異がある個体に優位性を与えれば、その個体が生き残って子供を作り、突然変異した遺伝子を受け継ぐ可能性が高くなります。 何百万、何十億ものコードにランダムに起こる突然変異が有益である可能性は小さいと思われるかもしれません。 しかし、地球上の生命は40億年前から存在しており、進化のタイムスケールは膨大です。
しかし、突然変異は深刻な健康問題を引き起こすこともあり、そのうちのいくつかは遺伝する可能性もあります。 フランスの研究者たちは最近、大腸菌をモデルとして、突然変異が実際にどの程度の頻度で有害であるかを調べようとしました。 リディア・ロバーツとその同僚たちは、細菌が実際に分裂している間に起こったDNAの変化を視覚化する、独創的な技術を使用しました。
細菌の突然変異率を推定する通常の方法は、寒天プレート（微生物用の栄養豊富なゼリーが入ったプラスチック製の皿）で細菌を育てることです。 しかし、この方法の問題点は、致死的な変異を獲得したバクテリアは明らかに死んでしまうため、これらの遺伝的変化に関する情報が永久に失われてしまうことです」
これを回避するため、フランスの研究者は、液体の栄養ブロスを送り込む1000個の微細なチャネルを含む小さなチップを使用しました。 細胞分裂のたびに生成される新しい細胞は、その生存に影響を与えるかもしれない有害な突然変異に関係なく、チャネル内にとどまります。 その結果、SF映画「マトリックス」で描かれたコードのラインを連想させる、増殖し、変異するバクテリアの印象的な動画が作成されました。 驚いたことに、研究者たちは、これらのDNA変化のうち、バクテリアにとって致命的なものは約1％しかなく、これまで考えられていたよりもはるかに少ないことも発見しました。 突然変異は「悪い」ものでも「良い」ものでもなく、単に進化の傍観者なのです。 ヒトにおいて遺伝子変異がどのように病気を引き起こすかを理解しようとする研究者たちも、同様の疑問を抱いています。 英国の10万人ゲノムプロジェクトのような大規模なプロジェクトから得られる結果は、どの突然変異が病気を引き起こし、どれが何の影響も与えないかを明らかにするのに役立つはずです。
Beyond good and bad
しかし、突然変異を良いものか悪いものかに分類することは、時として非常に難しいことも分かっています。 たとえば、突然変異が、その生物が特定の食物源を利用するのに役立つかどうか、あるいはその生物が生きている間に存在する病気を撃退するのに役立つかどうかなど、文脈に依存することがよくあります。 また、突然変異の中には、1つだけ遺伝すれば有益で、2つ遺伝すれば有害となるものもあります。 鎌状赤血球症の人は、ヘモグロビンという赤血球中のタンパク質が変化して、酸素を体中に運ぶという遺伝子変異があります。 このヘモグロビンが変化すると、長い鎌状の血球ができ、それが細い血管に詰まることがあります。 このため、胸や関節に痛みを感じたり、貧血になったり、感染症にかかりやすくなったりします。
しかし、このように健康への影響が大きいにもかかわらず、この病気は特定の国では比較的よく見られるものです。 鎌状赤血球の遺伝子変異を 2 コピー（片方の親から 1 コピー）受け継いだ推定 30 万人の乳児が、毎年、主にナイジェリア、コンゴ民主共和国、インドでこの病気を持って生まれています。
これは、この突然変異のコピーを1つ持つ人はマラリアに対する抵抗力があるので、成人まで生き残り、突然変異の遺伝子を子どもに受け継ぐ可能性が高くなるからです。
最近の米国の研究では、現在鎌状赤血球症を持つすべての人々は、約7300年前にサハラか西中央アフリカに住んでいた一人の祖先の子孫であることが示唆されています。 これは、たった一つの突然変異が、たとえ害を及ぼす可能性があったとしても、それが大きな利益をもたらすのであれば、集団の中の多くの人にまで広がる可能性があることを示しています。 同様に、嚢胞性線維症遺伝子の変異の単一コピーが、私たちの祖先にコレラに対する抵抗力を与えたかもしれないという証拠があり、テイ-サックス病のキャリアは結核に対する抵抗力を持ちます。 例えば、異なる種類の細胞における突然変異率を研究することにより、異なる体の組織においてどのように癌が発生するのかを明らかにすることができるかもしれません。 また、細菌の突然変異率を理解することは、抗生物質に対して進化した微生物と戦う科学者に役立つ可能性があります。 このように、遺伝子の情報をもとに多くの病気を診断し、治療するという医学の新時代が到来することになるのです。 そして、それはきっと良いことです。