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遺伝学

遺伝学は生物の遺伝と変異に関する科学です。遺伝子情報は染色体に収納されており、DNA(デオキシリボ核酸)分子の構造としてコード化されています。遺伝子は染色体上の特定位置にあるDNAの一領域です。遺伝子はタンパク質やRNA分子などの機能性物質をコード化し、(環境要因と関連しながら)生物の表現型を一つ一つ決定します。転写の規定によっては、一つの遺伝子が複数の物質を生成することもあります。

光学顕微鏡による観察は遺伝子研究の中心的な役割を果たしています。核型分析やCGH解析における染色体の直接可視化や、固定細胞や生細胞における特定の核酸配列のFISH法やmFISH法による同定などが可能です。レーザーマイクロダイセクション法では、DNA解析を行うため対象とする特定の細胞を組織切片から分離することができます。(凍結固定切片および細胞培養単層において)これは、同一の組織標本から取り出した前腫瘍細胞、腫瘍細胞、正常細胞などの遺伝的差異を特定する有効な手段となります。

幅広い研究モデル生物が利用できるようになったことで、表現型を決定する際の特定の遺伝子とその産物の役割について、古典的な順遺伝学的手法または逆遺伝学的手法を使用してより深く理解することが可能になりました。そしてこれらのモデルであるゼブラフィッシュ(Danio rerio)、線虫(Caenorhabditis elegans)、キイロショウジョウバエ(Drosophila melanogaster)などの胚は半透明で、光学顕微鏡下で生体内での発生を観察できます。遺伝子ノックダウンの下流へ及ぼす効果、遺伝子の過剰発現、器官形成期の遺伝子変異などは、タイムラプス観察によって長期間にわたって経時的に観察できます。また、タンパク質の発現や局在も、FRET/BRET、FRAP、FLIP、FLIMなどの観察技術を使って共焦点蛍光顕微鏡で観察できます。さらに、CALI法(レーザー分子不活化法)を使用し特定のタンパク質の機能を細胞内でノックダウンすることができるため、遺伝子機能やタンパク質機能のさらなる解明が可能です。

光学顕微鏡は、遺伝子組み換え生物やクローンの作成など、今日の多くの応用遺伝子操作にも重要な役割を果たします。細胞導入や核移植でのマイクロマニピュレーションには、高NAと長作動距離を備えた高品質対物レンズが必要です。また、核酸の物理的性質の研究には、光ピンセットなどの技術が利用されます。

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