10年間で最も大きな科学記事の1つであるCRISPRの簡単なガイド

過去数年間で最大かつ最も重要な科学記事の1つは、おそらく今後数年間でも最大の科学記事の1つになることでしょう。

CRISPRについてまだご存じない方のために簡単に説明すると、以下のようになります。 過去 9 年間で、科学者たちは、バクテリアの免疫システムの癖を利用して、他の生物 (植物、マウス、さらには人間) の遺伝子を編集する方法を見つけ出してきました。 CRISPRを使えば、こうした編集を数週間から数カ月ではなく、数日で迅速かつ安価に行うことができるようになった。 (

私たちは、植物や動物、さらには人間において発現する遺伝子を制御するための、強力な新しいツールについて話しているのです。

これまでのところ、科学者たちはマウスの遺伝的難聴の重症度を下げるためにこれを使用しており、いつか人間の同じタイプの難聴を治療するために使用できるかもしれないことを示唆しています。 また、褐変しにくいキノコを作ったり、マウスの骨髄細胞を編集して鎌状赤血球貧血の治療に使ったりしています。 この先、CRISPRは干ばつに強い作物を開発したり、強力な新しい抗生物質を作り出すのに役立つかもしれない。

大きな懸念は、CRISPRが比較的シンプルで強力な反面、完璧ではないということです。

大きな懸念は、CRISPRは比較的シンプルで強力ですが、完璧ではないということです。科学者たちは最近、遺伝子編集へのアプローチが、不注意にDNAの大部分を消去し、人間の健康を脅かす可能性がある方法で再配列することがあることを知りました。 CRISPRで編集された細胞が不注意に癌を誘発する可能性があることを示した最近の研究に続くものです。 そのため、多くの科学者が、ヒトでの実験は時期尚早だと主張している。

この点に関して、2018年は衝撃的なニュースがありました。11月に、中国の科学者、He Jiankuiが、CRISPRで編集した遺伝子で世界初の人間の赤ちゃんを作ったと報告したのです：HIVに耐性のある双子の女の子のペア。

この発表は世界中の科学者を驚かせ、国立衛生研究所のフランシス・コリンズ所長は、この実験は「深く心を乱し、倫理的規範を踏みにじるものだ」と述べました。

また、答えよりも多くの疑問を生み出しました。

また、答えよりも多くの疑問が生まれました。

独立した研究者は、Jiankui氏が成功したことをまだ確認していませんが、新しい病気の治療法からマラリアと戦うための新しい戦術まで、実現に近づいているCRISPRアプリケーションは他にもあります。

そもそも CRISPR とは何なのか

CRISPRを理解するには、大腸菌を研究していた日本人科学者が、この生物のDNAにある珍しい繰り返し配列に初めて出会った1987年に戻る必要があります。 「これらの配列の生物学的意義は不明である」と彼らは書いています。 その後、他の研究者が他のバクテリア（および古細菌）のDNAに同様のクラスターを発見した。

しかし、これらの CRISPR 配列の機能は、2007 年に、ヨーグルトの製造に使用される連鎖球菌を研究する食品科学者が、これらの奇妙なクラスターが実際に重要な機能を果たすことを示すまで、ほとんど謎に包まれていたのです。

細菌は常にウイルスから攻撃を受けているため、ウイルス感染を撃退するために酵素を生成します。

細菌は常にウイルスから攻撃を受けているため、ウイルス感染を撃退するために酵素を生成します。細菌の酵素が侵入したウイルスを殺すことができると、他の小さな酵素がやってきて、ウイルスの遺伝コードの残りをすくい上げ、それを小さな断片に切断します。

さて、ここからが賢いところです。

ここからが本題で、CRISPRスペースはウイルスにとって悪党の巣窟となり、細菌はこのスペースに格納された遺伝情報を使って、将来の攻撃をかわすのです。 新たなウイルス感染が起こると、細菌はCas9と呼ばれる特殊な攻撃用酵素を生成し、保存されているウイルスの遺伝コードの断片を顔写真のように持ち運びます。 このCas9酵素がウイルスに出会うと、ウイルスのRNAが顔写真に写っているものと一致するかどうかを確認する。 一致するものがあれば、Cas9酵素はウイルスのDNAを切り刻み、脅威を無効化し始める。

つまり、これがCRISPR/Cas9の役割です。

どのようにして CRISPR は遺伝子編集に革命をもたらしたのか

2011年、カリフォルニア大学バークレー校の Jennifer Doudna とスウェーデンのウメオ大学の Emmanuelle Charpentier は、CRISPR/CAS9 システムが実際にどのように機能するのかを不可解に考えていました。 Cas9酵素は、顔写真に写っているRNAとウイルスに含まれるRNAをどのように照合しているのだろうか？

科学者たちはすぐに、Cas9タンパク質に人工RNA（偽の顔写真）を与えることで、「騙す」ことができることを発見しました。

科学者たちはすぐに、Cas9タンパク質に人工RNA（偽の顔写真）を与えることで、Cas9タンパク質を「欺く」ことができることを発見しました。

この技術は、その時点では試験管内の分子でしか実証されていませんでしたが、その意味合いは息を呑むようなものでした。 ボストンのブロード研究所の科学者であるFeng Zhangは、2013年2月にサイエンス誌にCRISPR/Cas9を使用して培養マウス細胞やヒト細胞のゲノムを編集できることを示す論文を共著で発表しています。

それ以来、研究者たちは、CRISPR/Cas9が驚くほど多用途であることを発見しています。 CRISPRは、遺伝子を切り取ることで「沈黙」させるだけでなく、修復酵素を利用して、切り取った遺伝子の「穴」に目的の遺伝子を置き換えることもできます（ただし、後者の技術は成功させるのが難しいのですが）。

遺伝子編集そのものは新しいものではありません。 遺伝子をノックアウトする様々な技術は、何年も前から存在しています。 CRISPRが画期的なのは、その精度の高さです。 このように、CRISPRが画期的なのは、Cas9酵素が、あなたが指示したところならどこへでも行くということです。 過去には、遺伝子を改変するために数千ドルの費用と数週間から数ヶ月の時間を要したかもしれない。 しかし、今ではわずか75ドルで、しかも数時間しかかからない。

現在、最もホットな分野の一つとなっています。 2011年、CRISPRに関する発表論文は100件未満でした。 2018年には、CRISPRの改良、遺伝子を操作する新しい技術、精度の向上などで、17,000件以上を数えるようになりました。 “これは、今ではついていくのが大変なくらい動きの速い分野になっています “と、ダウドナは言います。 「遺伝子編集の効率は、治療やその他多くの用途に明らかに役立つレベルにまで達しています」

また、このCRISPR技術を誰が正確に評価し、潜在的に有利な権利を誰が所有しているかをめぐって、激しい法廷闘争が繰り広げられています。 2012年にカリフォルニア大学バークレー校で発表されたDoudnaの論文が突破口だったのか、それとも2013年にブロード研究所で行われたZhangの研究が重要な前進だったのか？ 9月、連邦控訴裁判所は、カリフォルニア大学バークレー校がCRISPR特許の独占的権利を有するという同校の主張を退け、ブロード研究所のCRISPR応用特許の一部を支持した。

しかし、重要なのは、CRISPRが到着したということです。

では、CRISPRは何に使えるのか

そうなんです。 たくさんの。

カリフォルニア大学デービス校医学部の准教授であるPaul Knoepfler氏は、CRISPRのおかげで「お菓子屋さんの中の子供」のような気分だとVoxに語りました。

最も基本的なレベルで、CRISPRにより研究者は、異なる生物の異なる遺伝子が実際に何をするかを、たとえば、個々の遺伝子をノックアウトしてどの形質に影響があるか調べることが、ずっと簡単にできるようになります。 2003年以降、ヒトゲノムの完全な「地図」が完成しましたが、これらの遺伝子がどのような機能を担っているのか、本当のところは分かっていません。

研究者はまた、多数のCRISPRが存在することを発見しました。

研究者たちは、CRISPRが数多く存在することも発見しています。つまり、CRISPRは実際にはかなり幅広い用語なのです。 「

研究者たちは、数多くのCRISPRが存在することも発見しています。 CRISPRについて語るとき、彼らは通常、ここでお話ししてきたCRISPR/Cas9システムのことを指します。 しかし近年、Zhang教授のような研究者たちは、遺伝子編集者として機能する他の種類のCRISPRタンパク質を発見している。 例えば、Cas13は、DNAの姉妹であるRNAを編集することができます。 「Cas9とCas13はリンゴとバナナのようなものです」とZhang氏は付け加えました。

本当の楽しみ、そして潜在的には本当のリスクは、CRISPRを使用して様々な植物や動物を編集することから生まれる可能性があります。 Rodolphe Barrangou氏とDoudna氏による2016年のNature Biotechnology誌の論文では、将来起こりうる応用例を次々と挙げています：

1）作物をより栄養価の高いものに編集する：作物科学者はすでに、CRISPRを使ってさまざまな作物の遺伝子を編集し、より美味しく、より栄養価を高め、暑さやストレスに強くしようと思っています。 ピーナッツのアレルゲンを除去するためにCRISPRを使う可能性もある。 韓国の研究者たちは、CRISPRがバナナが致命的な真菌症から生き残るのに役立つかどうかを調べている。

最近では、モンサント社やデュポン社などの大手企業がCRISPR技術のライセンス供与を開始し、価値ある新品種の開発を望んでいます。 この技術は、ある生物から別の生物に遺伝子を移植できる従来の遺伝子組み換え技術に完全に取って代わるものではありませんが、CRISPRは、望ましい作物形質に関連する遺伝子をより迅速に特定するのに役立つ、汎用性の高い新しいツールです。

「ゲノム編集によって、これまでできなかったことが絶対にできるようになります」と、カリフォルニア大学デービス校の植物遺伝学者であるパメラ・ロナルドは述べています。

また、これらの新しいツールが賛否両論を巻き起こす可能性もあります。

また、これらの新しいツールが議論を呼ぶ可能性もあります。CRISPRによっていくつかの遺伝子がノックアウトされた食品は、現在、従来の遺伝子組み換え作物よりも規制が緩くなっています。 ワシントンDCの政策立案者は現在、ここで規制を見直す意味があるかもしれないと議論しています。

2）遺伝子疾患を食い止める新たなツール

メイワ・モンテネグロによるEnsiaの記事は、CRISPRが農業にもたらす議論のいくつかを掘り下げています。 科学者たちは現在、CRISPR/Cas9を使ってヒトゲノムを編集し、肥大型心筋症などの遺伝性疾患をノックアウトしようとしています。 また、ハンチントン病や嚢胞性線維症の原因となる変異に使用することも検討しており、乳がんや卵巣がんに関連するBRCA-1および2変異に試してみることも話しています。

しかし、今のところ、科学者たちはこれを実験室の細胞でテストしただけです。

しかし、これまでのところ、科学者たちはこれを研究室の細胞でテストしただけです。誰かが実際の人間で臨床試験を始める前に、克服すべきハードルがまだいくつかあります。 例えば、Cas9酵素は時折「誤射」し、予期せぬ場所でDNAを編集することがあります。これは、人間の細胞では癌につながるか、あるいは新しい病気を作り出すかもしれません。 英国のウェルカム・サンガー研究所の遺伝学者アラン・ブラッドリー氏がSTATに語ったように、CRISPRのDNAを破壊する能力は「ひどく過小評価されてきました」

また、CRISPRの精度を高め、こうした標的外効果を減らす上で大きな進歩がありましたが、科学者はヒトでのテストに注意を促しています。 それが、CRISPRで編集されたゲノムを持つ人間の赤ちゃんを作るという、Jiankuiの実験が物議を醸し、警戒されている大きな理由です。 建奎氏が公にした数少ない研究結果を調べた研究者たちは、赤ちゃんの遺伝子は正確に編集されていないことを示す結果であると述べている。

3）強力な新抗生物質と抗ウイルス剤：CRISPRで編集したゲノムを、実際に特定の細胞に送り届けるには多くの課題があります。 公衆衛生上、最も恐ろしい事実のひとつに、細菌が耐性を獲得するのに伴い、有効な抗生物質が不足しつつあることが挙げられます。 現在、致命的な感染症に対する新しい抗生物質を開発することは困難であり、コストもかかっています。 しかし、CRISPR/Cas9システムを使えば、理論的には、特定の細菌をこれまで以上に正確に撲滅することができる（ただし、やはり送達メカニズムを解明するのは難しいだろう）。

4）種全体を変える可能性のあるジーンドライブ。 科学者たちは、理論的には、CRISPR を使用して、単一の生物だけでなく、種全体を変更できることも実証しています。 これは、「遺伝子ドライブ」と呼ばれる気の遠くなるような概念です。 通常、ミバエのような生物が交尾するときはいつでも、任意の遺伝子をその子孫に受け継ぐ可能性が半々である。 しかし、CRISPRを使えば、科学者はこの確率を変えて、特定の遺伝子が受け継がれる確率をほぼ100パーセントにすることができます。

この技術を利用すれば、たとえば、蚊を遺伝子操作して雄の子供しか生まないようにし、遺伝子ドライブを使用してその形質を集団全体に押し付けることができます。 やがてその集団は絶滅してしまうでしょう。 「

言うまでもなく、この技術が大量に展開される前に克服すべきハードルもあります。 「マラリア遺伝子治療の問題は、生物学の問題以上に、政治とガバナンスの問題に急速になりつつあります」とマシューズ氏は書いています。 規制当局はこの技術をどう扱うか、倫理学者はその公正さについて難しい問題に取り組む必要があるでしょう」

5）「デザイナーベビー」の作成。 これは最も注目されているもので、当然といえば当然です。

しかし、妊娠を意図した胚にHIVからの保護を導入しようとしたJiankui氏の最近の試みは、ほとんど監視されておらず、ほとんどの科学者がこの分野の前進を望んでいるわけではありません。

私たちは、例えば知能を向上させるために必要な複雑な変更を、科学者が安全に行えるようになるまでには至っていないのです。

「現実には、ヒトゲノムについて、遺伝子がどのように相互作用し、どの遺伝子が特定の形質を生み出すのか、ほとんどの場合、今日の強化のための編集を可能にするにはまだ十分に理解していないと思います」と、Doudnaは2015年に述べています。

待ってください、私たちは本当にデザイナーベイビーを作るべきでしょうか

遺伝子編集に伴うあらゆる不安定要素を考慮して、多くの科学者がここではゆっくりとしたアプローチを勧めています。 また、この技術に関する会話をオープンで透明なものに保ち、国民の信頼を築き、遺伝子組み換え作物で犯した過ちのいくつかを避けようとしています。

2017年2月、全米科学アカデミーの報告書は、将来的に臨床試験を “厳格な監視の下で深刻な状況に対して “許可することができると述べています。 しかし、「強化のためのゲノム編集は、現時点では許可されるべきではない」とも明言しています。

社会は、ここに登場するすべての倫理的考察にまだ取り組む必要があります。 たとえば、生殖細胞を編集した場合、将来の世代はそれを選択することができません。 遺伝子の変更は元に戻すのが難しいかもしれません。

その一方で、独自に資金を調達できる米国の研究者や、英国、スウェーデン、中国の研究者が、独自の実験を進めているのです。

さらに読む

• Julia Belluzは、He Jiankuiの、ゲノムを編集した人間の赤ん坊に関する驚くべき発表の意味と、米国におけるCRISPRクリニックの展望を論じました。
• また、遺伝子編集の最も恐ろしい部分を克服する2つのCRISPRツールについても報告しました。
• エズラ・クラインは10月に、CRISPRの主要研究者の1人、カリフォルニア大学バークレー校のジェニファー・ドーナに彼のポッドキャストでインタビューしました。
• Michael Specterの「Rewriting the Code of Life」ニューヨーカー誌。
• Carl Zimmerは長い間CRISPRビットに従事していました。
• シャロン・ベグリーもCRISPRに取り組んでおり、最近、遺伝子編集の潜在的な害に関する最新の研究を解きました。
• 2016年、ネイチャーはCRISPRの微妙な限界と、追加の遺伝子編集ツールの探索をいくつか探りました。 そして、ハイディ・レッドフォードによるこの以前のネイチャーの記事は、研究者がゲノムを探索するためにCRISPRを使用する方法について、楽しく奇抜に飛び込むものです。

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