クローニングとは？遺伝子クローニングの手順とPCR・クローンとの違い

クローニング（cloning）とは、目的の遺伝子（DNAの断片）を取り出し、プラスミドなどの「運び屋（ベクター）」につないで大腸菌などの細胞の中で増やし、まったく同じコピーをたくさん手に入れる技術です。遺伝子の働きを調べる研究や、インスリンなどの薬づくり、病気の原因遺伝子の発見を支えてきました。一方で「クローン」という言葉は、クローン羊ドリーのように遺伝的に同じ個体や細胞を指すこともあります。この記事では、遺伝子クローニングの手順、PCRとの違い、クローンとの違いを順に整理します。

クローニングとは？2つの意味を先に整理

「クローニング」は、英語のcloning（クローンを作ること）をカタカナにした言葉です。医学・生物学では、主に次の2つの意味で使われます。検索で多いのは①ですが、②と混同されやすいので、最初に分けておきます。

遺伝子クローニング（分子クローニング）とは

遺伝子クローニングは、たくさんのDNAの中から遺伝子など目的の部分だけを切り出して、細胞の中で同じものを大量に増やす技術です。DNAはそのままでは量が少なく、ほかの部分と混ざっているため、調べたり使ったりするには「同じ断片だけを、たくさん」用意する必要があります。そこで、細胞の中で自分のコピーを作り続けるDNA（プラスミドなど）に目的の断片をつなぎ、細胞が増えるのといっしょに増やします。

1973年、CohenとBoyerらは、制限酵素で切った別々のプラスミドの断片をつなぎ合わせて新しいプラスミドを作り、大腸菌に入れると細胞の中で複製されることを報告しました[1]。「切る・つなぐ・大腸菌に入れて増やす」という、この記事で説明する手順の骨組みが、ここで示されています。

個体のクローニング（クローン動物）とは

もう一つの意味は、遺伝的に同じ個体を作ることです。こちらは「クローン」という言葉で知られており、DNAの断片ではなく生物そのものをコピーする点で、遺伝子クローニングとは目的も方法も違います。詳しくはクローンとの違いで説明します。

遺伝子クローニングの手順：切る・つなぐ・入れる・選ぶ

遺伝子クローニングの基本は、①切る → ②つなぐ → ③細胞に入れて増やす → ④目的のものを選んで確かめるの4段階です。

① 切る：制限酵素でDNAを切る

制限酵素は、DNAの決まった塩基配列を見分けて、その場所で切る酵素です。インサートとベクターを同じ制限酵素で切ると、切り口の形がそろい、つなぎやすくなります。インサートは、ゲノムDNAから切り出すほか、PCRで増やして用意することもよくあります。タンパク質を作らせたいときは、mRNAを写し取ったcDNA（イントロンを含まないDNA）を使います。mRNAとタンパク質の関係はセントラルドグマの解説をご覧ください。

② つなぐ：DNAリガーゼで連結する（ライゲーション）

切ったインサートとベクターを混ぜ、DNAリガーゼという酵素でつなぎ合わせます。この反応をライゲーションといいます。ライゲーションはクローニングの中の一つの工程で、「ライゲーション＝クローニング」ではありません。

最近は、制限酵素とリガーゼを使わず、インサートとベクターの端に同じ配列（相同な配列）を持たせて、その重なりを利用してつなぐ方法も使われています。シームレスクローニングなどと呼ばれ、つなぎ目に余分な配列が残りにくいのが特徴です。相同な配列どうしが入れ替わる・つながるしくみは相同組換えでも解説しています。

③ 入れて増やす：大腸菌に導入する（形質転換）

つないだDNAを、外からDNAを取り込みやすくした大腸菌（コンピテントセル）に入れます。これを形質転換といいます。大腸菌が分裂して増えるたびに、中のプラスミドも複製され、インサートのコピーが増えていきます。

④ 選んで確かめる：選択とインサートチェック

すべての大腸菌がプラスミドを取り込むわけではありません。そこで、ベクターに入っている抗生物質に強くなる遺伝子を目印に、抗生物質を入れた培地で育つ大腸菌だけを選びます。1つの大腸菌から増えた集団（コロニー）は、みな同じプラスミドを持つ「クローン」です。

次に、そのクローンに目的のインサートが正しい向き・正しい配列で入っているかを確かめます（インサートチェック）。コロニーPCRや制限酵素での切断で長さを確かめ、最後はサンガー法で塩基配列を読んで確認するのが一般的です。

クローニングとPCRの違い

どちらも「DNAを増やす」技術ですが、PCRは試験管の中で、クローニングは生きた細胞の中で増やす点が大きな違いです。目的に応じて使い分け、組み合わせて使うこともあります。

PCRの原理（変性・アニーリング・伸長のくり返し）はPCRとはで詳しく解説しています。

クローンとは？クローニングとの違い

クローンとは、1つのもとから増えた、遺伝的に同じもの（DNA・細胞・個体）のことです。遺伝子クローニングで1つの大腸菌から増えたコロニーも、自然にできる一卵性の双子も、核移植で生まれたクローン羊も、それぞれのレベルでの「クローン」です。

クローン動物はどう作られる？ドリーまでの歩み

個体のクローンを作る方法は、核移植です。1962年、Gurdonはオタマジャクシの腸の上皮細胞から取り出した核を卵に移し、分化した細胞の核にも発生を進める力が残っているかを調べた研究を報告しました[2]。

1997年には、Wilmutらが、大人の羊の乳腺の細胞などから取り出した核を、核を除いた卵に移して子羊を誕生させたことを報告しました[3]。このうち乳腺の細胞から生まれた羊が、1996年7月生まれのクローン羊ドリーです[8]。大人の体の細胞になっても、個体を作るのに必要な遺伝情報は失われていないことが示されました。

その後2006年、高橋和利と山中伸弥は、核移植を使わずに、4つの因子を入れるだけでマウスの線維芽細胞から多能性幹細胞を作れることを報告しました[4]。これがiPS細胞です。

クローン人間は作れる？日本の法律

日本では、「ヒトに関するクローン技術等の規制に関する法律」（2000年公布・2001年施行）により、人クローン胚などを人または動物の胎内に移植することが禁止されています（第3条）[5]。つまり、人のクローン個体を生ませることは法律で認められていません。

医療・遺伝医学でのクローニングの使われ方

遺伝子クローニングは研究室の技術にとどまらず、薬づくりや遺伝子検査の土台になってきました。

薬をつくる：ヒトインスリン

1979年、Goeddelらは、化学合成したヒトインスリンのA鎖とB鎖の遺伝子をそれぞれプラスミドpBR322にクローニングし、大腸菌の中で作らせたうえで、取り出したA鎖とB鎖を混ぜて反応させると、インスリンが検出されたことを報告しました[6]。ヒトの遺伝子を細胞に入れてタンパク質を作らせる、この考え方が、遺伝子組換えでつくる医薬品の基本になっています。

病気の原因遺伝子を見つける：嚢胞性線維症のCFTR遺伝子

遺伝性の病気の原因遺伝子を突き止めるときにも、クローニングが使われてきました。1989年、Riordanらは、嚢胞性線維症の原因遺伝子（CFTR）のcDNAをクローニングして構造を明らかにし、患者さんの遺伝子にフェニルアラニン1つ分にあたる3塩基の欠失があることを報告しました[7]。

原因遺伝子が分かると、その遺伝子の変化を調べる遺伝子検査ができるようになります。いま当院で行っている全エクソーム検査（WES）やクリニカルエクソーム検査のような遺伝子検査も、こうして一つひとつ明らかにされてきた「病気と遺伝子の対応」の積み重ねの上に成り立っています。

遺伝子を届ける：ゲノム編集・遺伝子治療のベクター

目的の遺伝子をベクターにつないで細胞に届けるという考え方は、ゲノム編集や遺伝子治療にも受け継がれています。遺伝子治療では、ウイルスの性質を利用したベクター（レンチウイルスベクターなど）が使われます。

よくある質問（FAQ）

関連記事

参考文献

• [1] Cohen SN, Chang AC, Boyer HW, Helling RB. Construction of biologically functional bacterial plasmids in vitro. Proc Natl Acad Sci U S A. 1973;70(11):3240-3244. [DOI 10.1073/pnas.70.11.3240]
• [2] Gurdon JB. The developmental capacity of nuclei taken from intestinal epithelium cells of feeding tadpoles. J Embryol Exp Morphol. 1962;10:622-640. [PubMed 13951335]
• [3] Wilmut I, Schnieke AE, McWhir J, Kind AJ, et al. Viable offspring derived from fetal and adult mammalian cells. Nature. 1997;385(6619):810-813. [DOI 10.1038/385810a0]
• [4] Takahashi K, Yamanaka S. Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors. Cell. 2006;126(4):663-676. [DOI 10.1016/j.cell.2006.07.024]
• [5] ヒトに関するクローン技術等の規制に関する法律（平成12年法律第146号）. e-Gov法令検索. [e-Gov法令検索]
• [6] Goeddel DV, Kleid DG, Bolivar F, et al. Expression in Escherichia coli of chemically synthesized genes for human insulin. Proc Natl Acad Sci U S A. 1979;76(1):106-110. [DOI 10.1073/pnas.76.1.106]
• [7] Riordan JR, Rommens JM, Kerem B, et al. Identification of the cystic fibrosis gene: cloning and characterization of complementary DNA. Science. 1989;245(4922):1066-1073. [DOI 10.1126/science.2475911]
• [8] Dolly at 20: The Inside Story on the World’s Most Famous Sheep. Scientific American. [Scientific American]

※本記事は一般の方に向けた情報提供を目的とするもので、個別の診断・検査の選択を示すものではありません。検査については臨床遺伝専門医にご相談ください。

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この記事の監修・執筆者：仲田 洋美

（臨床遺伝専門医／がん薬物療法専門医／総合内科専門医）

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ミネルバクリニック院長。1995年に医師免許を取得後、 臨床遺伝学・内科学・腫瘍学を軸に診療を続けてきました。 当サイトの記事は、院長が自ら執筆し、医学的な内容を確認してから公開しています。

出生前診断（NIPT・確定検査・遺伝カウンセリング）においては、 検査結果の数値そのものだけでなく、 「結果をどう受け止め、どう生きるか」までを医療の責任と捉え、 一貫した遺伝カウンセリングと医学的支援を行っています。

ハイティーンの時期にベルギーで過ごし、 日本人として異文化の中で生活した経験があります。 価値観や宗教観、医療への向き合い方が国や文化によって異なることを体感しました。 この経験は現在の診療においても、 「医学的に正しいこと」と「その人にとって受け止められること」の両立を考える姿勢の基盤となっています。

また、初めての妊娠・出産で一卵性双生児を妊娠し、 36週6日で一人を死産した経験があります。 その出来事は、妊娠・出産が女性の心身に与える影響の大きさ、 そして「トラウマ」となり得る体験の重みを深く考える契機となりました。 現在は、女性を妊娠・出産のトラウマから守る医療を使命の一つとし、 出生前診断や遺伝カウンセリングに取り組んでいます。

出生前診断は単なる検査ではなく、 家族の未来に関わる重要な意思決定です。 年齢や統計だけで判断するのではなく、 医学的根拠と心理的支援の両面から、 ご家族が後悔の少ない選択をできるよう伴走することを大切にしています。

日本人類遺伝学会認定 臨床遺伝専門医／日本内科学会認定 総合内科専門医／ 日本臨床腫瘍学会認定 がん薬物療法専門医。 2025年には APAC地域における出生前検査分野のリーダーとして国際的評価を受け、 複数の海外メディア・専門誌で特集掲載されました。

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