スピルリナ（Spirulina）は，熱帯や亜熱帯地方の重炭酸塩を多く含むアルカリ性湖沼に分布する糸状性のシアノバクテリアの一種である（図1図1■スピルリナ（Arthrospira platensis NIES-39））．原核生物でありながら細胞のサイズは大きく，直径5～8 μmの円筒状の細胞がらせん状に連なったトリコームと呼ばれる糸状体を形成する⁽¹⁾1）太郎田博之：“藻類ハンドブック”，エヌ・ティー・エス，2012, p. 657.．アフリカのチャド湖周辺では，古くから湖で大量に増殖したスピルリナを乾燥させ食料として利用してきた（現地ではダイエDiheと呼ばれている）．商業的に利用されているスピルリナのほとんどは分類学的にはSpirulina属ではなく，近縁のArthrospira属に属しているが，本項では一般名としてスピルリナと呼称する．なお，国立環境研究所微生物系統保存施設から入手できるArthrospira platensis NIES-39はチャド湖，NIES-46はメキシコのテスココ湖から単離されたものである．両株とも日本のグループの研究によりゲノム配列情報が解読され，世界中で研究に用いられている^{(2, 3)}2) T. Fujisawa, R. Narikawa, S. Okamoto, S. Ehira, H. Yoshimura, I. Suzuki, T. Masuda, M. Mochimaru, S. Takaichi, K. Awai et al.: DNA Res., 17, 85 (2010).3) S. Suzuki, H. Yamaguchi & M. Kawachi: J Genomics, 18, 56 (2019).．

図1■スピルリナ（Arthrospira platensis NIES-39）

スピルリナは中国，アメリカ，インド，東南アジア諸国などで商業生産され，その生産量は56,000トン（2019年）に及ぶ⁽⁴⁾4) FAO: Global seaweeds and microalgae production, 1950–2019: https://www.fao.org/fishery/en/publications/280709, 2021.．培養したスピルリナは乾燥され，粉末状に加工されて健康食品や食用青色色素，および飼料原料として利用されている⁽¹⁾1）太郎田博之：“藻類ハンドブック”，エヌ・ティー・エス，2012, p. 657.．またスピルリナはタンパク質を豊富に含んでおり，昆虫食と並んで未来のタンパク質源として期待されている．スピルリナから抽出される水溶性の青色色素フィコシアニンは，開環テトラピロールがタンパク質に結合した色素タンパク質であるが，乾燥重量あたり5～10％含まれており，氷菓やガム，糖衣菓子の着色剤として用いられている⁽¹⁾1）太郎田博之：“藻類ハンドブック”，エヌ・ティー・エス，2012, p. 657.．さらに，脂質，ビタミン，ミネラルなども豊富に含んでいることから，“スーパーフード”としても注目され，宇宙空間で生産可能な宇宙食としても研究開発が進められている⁽⁵⁾5) C. Verseux, M. Baqué, K. Lehto, J. De Vera, L. Rothschild & D. Billi: J. Astrobiol., 15, 65 (2016).．

わずかな無機塩と光だけで大量に培養することができるスピルリナは，現状においても食料として利用できるなど十分に大きな魅力を備えているが，その可能性を最大限引き出すためには形質転換技術の開発が欠かせない．高いタンパク質含量を活かし，有用タンパク質，特に医薬品となる生理活性タンパク質などを生産させるホストとしての利用が期待されている．しかし，現時点では形質転換技術が確立されていないため，生産ホストとして利用することはできていない．スピルリナの形質転換を妨げる最大の要因は，スピルリナ自身がもつ強力なヌクレアーゼにより導入したDNAが切断・分解されてしまうことにあると考えられている⁽⁶⁾6) M. Kawamura, M. Sakakibara, T. Watanabe, K. Kita, N. Hiraoka, A. Obayashi, M. Takagi & K. Yano: Nucleic Acids Res., 14, 1985 (1986).．これまでに多くのタイプII制限酵素が同定されているだけでなく，ゲノム解析の結果，複数のタイプI制限酵素やCRISPR-Casシステムが存在していることも明らかとなっている⁽²⁾2) T. Fujisawa, R. Narikawa, S. Okamoto, S. Ehira, H. Yoshimura, I. Suzuki, T. Masuda, M. Mochimaru, S. Takaichi, K. Awai et al.: DNA Res., 17, 85 (2010).．また，スピルリナでは内在性プラスミドは発見されておらず，RSF1010のように宿主域の広いプラスミドも導入できていない．しかし，その重要性から，スピルリナの形質転換系を確立するための様々な試みがなされてきた．2001年にToyomizuらによって，エレクトロポレーションによりスピルリナに外部からDNAを導入することが可能であると報告されるなど，これまでに複数のグループから形質転換に成功したとの報告があるが，その後それらの方法を利用して形質転換を行なった報告はなく，安定かつ高効率な形質転換法の確立が求められている^(7～10)7) M. Toyomizu, K. Suzuki, Y. Kawata, H. Kojima & Y. Akiba: J. Appl. Phycol., 13, 209 (2001).8) Y. Kawata, S. Yano, H. Kojima & M. Toyomizu: Mar. Biotechnol., 6, 355 (2004).9) W. Jeamton, S. Dulsawat, M. Tanticharoen, A. Vonshak & S. Cheevadhanarak: Plant Cell Physiol., 58, 822 (2017).