2003年4月、ヒトゲノムの全塩基配列解読が完了し、その成果を基盤とする遺伝子機能解析が活発に行われています。遺伝子の機能と疾病との関係が明らかになると、個人の体質にあった治療を行うことができるテーラーメイド医療が実現されます。現在主に分子生物学、医学、創薬などの研究分野に用いられているDNAチップ／DNAマイクロアレイを臨床検査に用いるためには、高精度化、信頼性向上、低コスト化などが重要な課題です。私達は従来の蛍光検出方式とは異なり、本来DNAが持っている電荷を直接検出する方式の新しい遺伝子解析技術の研究を進めています。
図１に電界効果トランジスタ（FET:Field Effect Transistor）を利用した遺伝子解析デバイスの構造を示します。FETのゲート絶縁膜表面にDNAプローブといわれるDNA断片を固定化した構造であり、試料溶液を導入することによりターゲットDNAとゲート表面上で二本鎖DNAを形成します。DNAは水溶液中で負電荷を有しているため一本鎖（DNAプローブ）から二本鎖DNAの形成により電荷密度が変化します。この表面電荷密度変化を電界効果により直接電気信号に変換して検出することができ、遺伝子トランジスタと名付けています。ゲート表面における分子認識反応をデザインすることにより、遺伝子の一塩基の違いや塩基配列などを解析することができます。
遺伝子FETの応答とDNA濃度との関係を図２に示します。調べるDNAをゲート表面でDNAプローブと反応させて二本鎖とし、FETのしきい値電圧の変化を調べた結果、約100fM（フェムトモル、10-13M）の濃度まで検出できることを確認しました。FETデバイスの構造パラメーターや測定条件を最適化し、さらに高感度化を図る研究を進めています。
遺伝子FETを用いることにより蛍光分子などを使わずに遺伝子の多型や塩基配列を解析することができます。この技術を基盤として、薬の効きやすさや副作用などを調べ、個人の体質にあった医療を提供するテーラーメード医療の普及を目指し、小型で簡便な遺伝子検査システムを開発します。 |
