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[[File:NHGRI-97218.jpg|thumb|NHGRIによるCRISPR/Cas9のイメージ図。|410x410px]]
'''ゲノム編集'''（ゲノムへんしゅう、{{Lang-en-short|genome editing}}）とは、部位特異的な[[ヌクレアーゼ]]を利用して、思い通りに標的[[遺伝子]]を改変する技術である。部位特異的ヌクレアーゼとしては、2005年以降に開発・発見された、[[ジンクフィンガーヌクレアーゼ|ZFN]]（ズィーエフエヌ、または、ジンクフィンガーヌクレアーゼ）、TALEN（タレン）、[[CRISPR]]/Cas9（クリスパー・キャスナイン）を中心としている。従来の[[遺伝子工学]]、[[遺伝子治療]]と比較して、非常に応用範囲が広い<ref name=nhk>{{cite web |title=遺伝子操作技術 “ゲノム編集”が世界を変える |url=http://www.nhk.or.jp/ohayou/marugoto/2015/03/0301.html |publisher=[[日本放送協会]] |date=2015-03-01 |accessdate=2015-12-25}}</ref>。
 
== 概要 ==
ゲノム編集のための部位特異的ヌクレアーゼとして、ZFN (Zinc-Finger Nuclease)<ref>{{cite journal|authors=Urnov, Fyodor D., et al.|title=Highly efficient endogenous human gene correction using designed zinc-finger nucleases|journal=Nature|volume=435|issue=7042|year=2005|pages=646-651|url=http://mcb.berkeley.edu/courses/mcb140/urnov/misc/nature.pdf|format=PDF|accessdate=2015-12-25|doi=10.1038/nature03556}}</ref>、TALEN (Transcription Activator-Like Effector Nuclease)<ref>{{cite journal|authors=Mahfouz, Magdy M., et al.|title=De novo-engineered transcription activator-like effector (TALE) hybrid nuclease with novel DNA binding specificity creates double-strand breaks|journal=Proceedings of the National Academy of Sciences|volume=108|issue=6|year=2011|pages=2623-2628|url=http://www.pnas.org/content/108/6/2623.full|accessdate=2015-12-25|doi=10.1073/pnas.1019533108}}</ref>、CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats)/Cas9 (Crispr ASsociated protein 9)<ref name=Jinek2012/>が挙げられる。
 
これらの部位特異的ヌクレアーゼに共通する特徴は、[[DNA]]に[[DNA修復#二本鎖の損傷|二本鎖の損傷]] (Double Strand Break: DSB) を作りだすことである。つまりDNAを切断する。この切断を部位特異的ヌクレアーゼは、特定のDNA配列を狙ってDNA切断を行うことができ、これにより、意図的なDNAの改変を可能とする。さらに切断の後、に行われる[[DNA修復]]の機構として[[非相同末端結合]] (NHEJ) か、相同組換え修復 (Homology Directed Repair: HDR) が起こる。この際、追加したい断片を与えれば、遺伝子へ特定の配列を挿入する[[ノックイン]]が行われ可能となる。また特定の配列を除去する[[遺伝子ノックアウト|ノックアウト]]にも活用できる。
 
3つの人工酵素部位特異的ヌクレアーゼの中で、特に高効率とされているのはCRISPR/Cas9であり、2015年時点でゲノム編集に関する研究の主流である<ref name="wallstreet">{{cite web|title=ヒト受精卵に世界初の遺伝子操作－中国チーム、国際的な物議|url=http://jp.wsj.com/articles/SB11702692451560034542404580599460064863010|publisher=[[ウォール・ストリート・ジャーナル]]|date=2015-04-24|accessdate=2015-12-25}}</ref>。しかし一方、高効率であることの代償として、CRISPR/Cas9では標的部位ではない場所をも改変してしまうオフターゲットと呼ばれる現象が発生するのが、大きな欠点課題である<ref>{{cite journal|authors=Fu, Yanfang, et al.|title=High-frequency off-target mutagenesis induced by CRISPR-Cas nucleases in human cells|journal=Nature biotechnology|volume=31|issue=9|year=2013|pages=822-826|url=http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3814385/|accessdate=2015-12-25|doi=10.1093/nar/gkt714}}</ref>。これが生じると[[悪性腫瘍|がん]]等の疾患を発症する恐れがあるため、この欠点課題を克服するための研究も進む<ref name=Ran2013>{{cite journal|authors=Ran, F. Ann, et al.|title=Double nicking by RNA-guided CRISPR Cas9 for enhanced genome editing specificity|journal=Cell|volume=154|issue=6|year=2013|pages=1380-1389|url=http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867413010155|accessdate=2015-12-25|doi=doi:10.1016/j.cell.2013.08.021}}</ref>。
 
ゲノム編集技術は『[[ネイチャー]]・メソッズ』誌において2011年のメソッズ・オブ・ザ・イヤーに輝いた<ref>{{cite journal|author=Baker, M.|title=Method of the Year 2011|journal=Nat. Methods|volume=9|year=2012|page=1}}</ref>。2015年にはCRISPR/Cas9の研究が[[ノーベル賞]]候補と言われていた<ref>{{cite news|title=「ゲノム編集」で話題の2人の女性科学者がノーベル賞有力候補に|url=http://headlines.yahoo.co.jp/hl?a=20150927-00010001-newswitch-sctch|publisher=日刊工業新聞, Yahoo Japan|newspaper=ニュースイッチ|date=2015-09-27|accessdate=2015-12-25}}</ref>。
 
== 歴史 ==
遺伝子工学の歴史は、[[1972年]]に[[ポール・バーグ]]らが[[細菌]]に感染する[[ウイルス]]のDNAを、[[サル]]に感染するウイルスのDNAに挿入することに成功したことに始まる{{sfn|ノックス|page=56}}<ref>{{cite journal|doi=10.1073/pnas.69.10.2904|last1=Jackson|title=Biochemical Method for Inserting New Genetic Information into DNA of Simian Virus 40: Circular SV40 DNA Molecules Containing Lambda Phage Genes and the Galactose Operon of Escherichia coli|first1=DA|last2=Symons|first2=RH|last3=Berg|first3=P|first8= David A. Jackson Robert H. Symons and Paul Berg|journal=PNAS|date=1 October 1972|volume=69|issue=10|pages=2904–2909|pmid=4342968|pmc=389671|bibcode=1972PNAS...69.2904J}}</ref>。その次翌年1973年に、ハーバート・ボイヤーと[[スタンリー・ノルマン・コーエン]]がそこの遺伝子工学技術を生物に応用したへ拡大する<ref>{{cite web|first1=Stanley N. |last1=Cohen |first2=Annie C. Y. |last2=Chang |url=http://www.pnas.org/content/70/5/1293.short |title=Recircularization and Autonomous Replication of a Sheared R-Factor DNA Segment in Escherichia coli Transformants — PNAS |publisher=Pnas.org |date=1 May 1973 |accessdate=2015-12-26}}</ref>。1970年台後半には、遺伝子工学により[[インスリン]]が量産されるまでになったる。しかし、これら従来の遺伝子工学には大きな欠点課題が２つあった。一つは特定の遺伝子を操作する正確性の欠如でありと、も生物種に依らない適用という一つは面での応用性の欠如である。
 
1990年台になり、DNAを特定の位置で切断できる[[タンパク質]]である[[制限酵素]]が発展するに至って、正確性の問題は解決された。応用性の欠如の方は、2005年以降の各種のゲノム編集技術の登場により解決された。
 
ゲノム編集技術の中で最も有望な、今日CRISPRと呼ばれる反復クラスターは、[[1987年]]に[[大腸菌]]で初めて、[[石野良純]]らによって記載されたが[[大腸菌]]からCRISPRを見出す<ref name="pmid3316184">{{cite journal |author=Ishino Y, Shinagawa H, Makino K, Amemura M, Nakata A |title=Nucleotide sequence of the iap gene, responsible for alkaline phosphatase isozyme conversion in Escherichia coli, and identification of the gene product |journal=J Bacteriol |volume=169 |issue=12 |pages=5429–33 |year=1987 |pmid=3316184 |pmc=213968}}</ref>。その後、命名は2002年にCRISPRと命名されたなる<ref name="pmid11952905">{{cite journal |doi=10.1046/j.1365-2958.2002.02839.x |author=Jansen R, Embden JD, Gaastra W, Schouls LM |title=Identification of genes that are associated with DNA repeats in prokaryotes |journal=Mol Microbiol |volume=43 |issue=6 |pages=1565–75 |year=2002 |pmid=11952905}}</ref>。2012年8月、[[エマニュエル・シャルパンティエ]]と[[ジェニファー・ダウドナ]]らが、ゲノム編集にCRISPRが活用しうることを見出す{{sfn|ノックス|page=56}}<ref name="Jinek2012">{{cite journal|authors=Jinek, Martin, et al.|title=A programmable dual-RNA–guided DNA endonuclease in adaptive bacterial immunity|journal=Science|volume=337|issue=6096|year=2012|pages=816-821|url=http://diyhpl.us/~bryan/papers2/paperbot/A%20Programmable%20Dual-RNAGuided%20DNA%20Endonuclease%20in%20Adaptive%20Bacterial%20Immunity.pdf|format=PDF|accessdate=2015-12-27|doi=10.1126/science.1225829}}</ref>。さらに彼らは、[[レンサ球菌]]のRNAを、CRIPRのガイドRNAとして活用することに成功、CRISPR/Cas9による高効率のゲノム編集が可能となる{{sfn|ノックス|pages=58-59}}。
 
2014年、[[中華人民共和国]]では第13次[[5カ年計画]]でゲノム編集を中国政府が国家戦略と位置付けにおいてからゲノム編集は相次いで行われ、2015年にCRISPR/Cas9を用いて、による世界初の遺伝子改変[[ヒトサル]][[受精卵]]の遺伝子操作が中国で行われ、国際的に物議を醸した誕生する<ref name=wallstreet>{{cite web ||title=ヒト受精卵に世界初の遺伝子操作－中国チーム、国際的な物議First monkeys with customized mutations born|url=http://jpwww.wsjnature.com/articlesnews/SB11702692451560034542404580599460064863010 first-monkeys-with-customized-mutations-born-1.14611|publisher=[[ウォール・ストリート・ジネイチャーナル]] |date=20152014-0401-24 30|accessdate=20152016-1208-2512}}</ref>。2015年、同じく中国でCRISPR/Cas9を用いた世界初の[[ヒト]][[受精卵]]の遺伝子操作が行われ、国際的に物議を醸す<ref name="wallstreet" /><ref>{{cite journal|authorsyear=Lanphier, Edward, et al.2015|title=Don't edit the human germ line|journal=Nature|volume=519|issue=7544|year=2015|page=410|doi=10.1038/519410a|authors=Lanphier, Edward, et al.}}</ref>。この実験を主導したJunjiu Huang（黄軍就）らが使ったのは、[[不妊]]治療の過程で[[体外受精]]により作られた受精卵であった。り、全ての受精卵について、2つの[[精子]]が受精した異常なもので、正常には発育しないため廃棄されるものであった。狙った遺伝子を思い通りに書きかえられたのは86個中たった4個で、望んでいない書きかえ、つまりオフターゲットが起きていた受精卵もみられた<ref>{{cite web|title=遺伝病に対する遺伝子治療の方法|url=http://jsgt.jp/INFORMATION/genome_editing.pdf|author=Ko Mitani|accessdate=2015-12-30|format=PDF}}</ref>。そのため、Huangらの論文では、技術的な改善の必要性を結論づけている{{sfn|山本|page=115}}。前年の2014年にCRISPR/Cas9によって世界初の遺伝子改変[[サル]]をつくることに中国では成功していた<ref>{{cite web|title=First monkeys with customized mutations born|url=http://www.nature.com/news/first-monkeys-with-customized-mutations-born-1.14611|publisher=[[ネイチャー]]|date=2014-01-30||accessdate=2016-08-12}}</ref>。倫理的問題はともかくとして、Huangは[[Nature]]誌により2015年の10人に選ばれた<ref>{{cite web|title=Cover Story： この1年を語る10の物語：2015年の重要人物10人|url=http://www.natureasia.com/ja-jp/nature/highlights/70876|publisher=Nature Japan K.K.|date=2015-12-24|accessdate=2016-01-04}}</ref>。これにより2015年からヒト受精卵に対するゲノム編集技術の倫理的規制が新たな課題となっている<ref>{{cite web |title=ゲノム編集、受精卵も容認 米英中の科学者団体が声明 |url=http://digital.asahi.com/articles/ASHD52WDZHD5UBQU005.html |author=小林哲, 竹石涼子 |publisher=朝日新聞社 |date=2015-12-05 |accessdate=2015-12-16}}</ref>。2016年にも世界、[[中華人民共和国]]は第13次[[中国の五カ年計画|5カ年計画]]でゲノム編集を国家戦略と位置付け、同年2例目のヒト受精卵のゲノム編集がも中国で行われている<ref>{{cite web |title=「ゲノム編集」で操作…中国チーム２例目|url=http://mainichi.jp/articles/20160410/k00/00m/040/039000c|publisher=毎日新聞|date=2016-04-09 |accessdate=2016-08-12}}</ref>。また同年10月には、世界初のゲノム編集の人体応用となる臨床試験<ref>{{cite web |title=「ゲノム編集」初の人体応用|url=http://www.nikkei.com/article/DGXLASGM16H3B_W6A111C1MM0000/|publisher=[[日本経済新聞]]|date=2016-11-16 |accessdate=2016-11-26}}</ref><ref>{{cite web |title=CRISPR gene-editing tested in a person for the first time|url=http://www.nature.com/news/crispr-gene-editing-tested-in-a-person-for-the-first-time-1.20988|publisher=[[ネイチャー]]|date=2016-11-15 |accessdate=2016-11-16}}</ref>、翌年2017年3月には、世界初の正常なヒト受精卵へのゲノム編集<ref>{{cite web |title=正常なヒト受精卵で世界初のゲノム編集|url=http://www3.nhk.or.jp/news/html/20170310/k10010906741000.html|publisher=[[NHK]]|date=2017-03-10 |accessdate=2017-03-10}}</ref>も中国で行われ、る。2018年時点で中国では86人の遺伝子がCRISPR/Cas9によって改変され<ref>{{cite web |title=ゲノム編集技術「CRISPR/Cas9」を用いて中国ではすでに86人の遺伝子改変が行われたことが判明|url=https://gigazine.net/news/20180123-china-gene-edit-crispr/|publisher=[[GIGAZINE]]|date=2018-01-23 |accessdate=2018-02-07}}</ref>、同年11月26日には[[南方科技大学]]の{{仮リンク|賀建奎|en|He Jiankui}}副教授が、世界初の[[デザイナーベビー]]「{{仮リンク|露露と娜娜|en|Lulu and Nana}}」としてゲノム編集によって[[後天性免疫不全症候群]]（AIDS）に耐性を持たせた双子の女児の出産を発表して世界的な波紋を呼んだ<ref>{{cite web |title=特報：世界初「遺伝子編集ベビー」が 中国で誕生、その舞台裏|url=https://www.technologyreview.jp/s/114590/exclusive-chinese-scientists-are-creating-crispr-babies/|publisher=MIT Tech Review|date=2018-11-28 |accessdate=2018-11-29}}</ref><ref>{{cite web |title=Chinese scientist claims world's first gene-edited babies, amid denial from hospital and international outcry|url=https://edition.cnn.com/2018/11/26/health/china-crispr-gene-editing-twin-babies-first-intl/index.html|publisher=[[CNN]]|date=2018-11-26 |accessdate=2018-11-27}}</ref>。▼
このCRISPRがゲノム編集へと応用可能であると記載されたのは、2012年8月のことで、[[スウェーデン]]・[[ウメオ大学]]の[[エマニュエル・シャルパンティエ]]らと[[アメリカ合衆国]]・[[カリフォルニア大学バークレー校]]の[[ジェニファー・ダウドナ]]らによるものである{{sfn|ノックス|page=56}}<ref name=Jinek2012>{{cite journal|authors=Jinek, Martin, et al.|title=A programmable dual-RNA–guided DNA endonuclease in adaptive bacterial immunity|journal=Science|volume=337|issue=6096|year=2012|pages=816-821|url=http://diyhpl.us/~bryan/papers2/paperbot/A%20Programmable%20Dual-RNAGuided%20DNA%20Endonuclease%20in%20Adaptive%20Bacterial%20Immunity.pdf|format=PDF|accessdate=2015-12-27|doi=10.1126/science.1225829}}</ref>。
 
シャルパンティエとダウドナらは、CRISPRによるゲノム編集の可能性に気付くうちに、当時用いていた[[レンサ球菌]]の2つのRNAをガイドRNAとして1つに集約できることにも気付いた。その試みは成功し、今日のCRISPR/Cas9による高効率のゲノム編集が可能となった{{sfn|ノックス|pages=58-59}}。
 
▲[[中華人民共和国]]では第13次[[5カ年計画]]でゲノム編集を中国政府が国家戦略と位置付けてからゲノム編集は相次いで行われ、2015年にCRISPR/Cas9を用いて、世界初の[[ヒト]][[受精卵]]の遺伝子操作が中国で行われ、国際的に物議を醸した<ref name=wallstreet>{{cite web |title=ヒト受精卵に世界初の遺伝子操作－中国チーム、国際的な物議 |url=http://jp.wsj.com/articles/SB11702692451560034542404580599460064863010 |publisher=[[ウォール・ストリート・ジャーナル]] |date=2015-04-24 |accessdate=2015-12-25}}</ref><ref>{{cite journal|authors=Lanphier, Edward, et al.|title=Don't edit the human germ line|journal=Nature|volume=519|issue=7544|year=2015|page=410|doi=10.1038/519410a}}</ref>。この実験を主導したJunjiu Huang（黄軍就）らが使ったのは、[[不妊]]治療の過程で[[体外受精]]により作られた受精卵であった。全ての受精卵について、2つの[[精子]]が受精した異常なもので、正常には発育しないため廃棄されるものであった。狙った遺伝子を思い通りに書きかえられたのは86個中たった4個で、望んでいない書きかえ、つまりオフターゲットが起きていた受精卵もみられた<ref>{{cite web|title=遺伝病に対する遺伝子治療の方法|url=http://jsgt.jp/INFORMATION/genome_editing.pdf|author=Ko Mitani|accessdate=2015-12-30|format=PDF}}</ref>。そのため、Huangらの論文では技術的な改善の必要性を結論づけている{{sfn|山本|page=115}}。前年の2014年にCRISPR/Cas9によって世界初の遺伝子改変[[サル]]をつくることに中国では成功していた<ref>{{cite web|title=First monkeys with customized mutations born|url=http://www.nature.com/news/first-monkeys-with-customized-mutations-born-1.14611|publisher=[[ネイチャー]]|date=2014-01-30||accessdate=2016-08-12}}</ref>。倫理的問題はともかくとして、Huangは[[Nature]]誌により2015年の10人に選ばれた<ref>{{cite web|title=Cover Story： この1年を語る10の物語：2015年の重要人物10人|url=http://www.natureasia.com/ja-jp/nature/highlights/70876|publisher=Nature Japan K.K.|date=2015-12-24|accessdate=2016-01-04}}</ref>。これにより2015年からヒト受精卵に対するゲノム編集技術の倫理的規制が新たな課題となっている<ref>{{cite web |title=ゲノム編集、受精卵も容認 米英中の科学者団体が声明 |url=http://digital.asahi.com/articles/ASHD52WDZHD5UBQU005.html |author=小林哲, 竹石涼子 |publisher=朝日新聞社 |date=2015-12-05 |accessdate=2015-12-16}}</ref>。2016年にも世界で2例目のヒト受精卵のゲノム編集が中国で行われている<ref>{{cite web |title=「ゲノム編集」で操作…中国チーム２例目|url=http://mainichi.jp/articles/20160410/k00/00m/040/039000c|publisher=毎日新聞|date=2016-04-09 |accessdate=2016-08-12}}</ref>。同年10月に世界初のゲノム編集の人体応用となる臨床試験<ref>{{cite web |title=「ゲノム編集」初の人体応用|url=http://www.nikkei.com/article/DGXLASGM16H3B_W6A111C1MM0000/|publisher=[[日本経済新聞]]|date=2016-11-16 |accessdate=2016-11-26}}</ref><ref>{{cite web |title=CRISPR gene-editing tested in a person for the first time|url=http://www.nature.com/news/crispr-gene-editing-tested-in-a-person-for-the-first-time-1.20988|publisher=[[ネイチャー]]|date=2016-11-15 |accessdate=2016-11-16}}</ref>、翌年2017年3月には世界初の正常なヒト受精卵へのゲノム編集<ref>{{cite web |title=正常なヒト受精卵で世界初のゲノム編集|url=http://www3.nhk.or.jp/news/html/20170310/k10010906741000.html|publisher=[[NHK]]|date=2017-03-10 |accessdate=2017-03-10}}</ref>も中国で行われ、2018年時点で中国では86人の遺伝子がCRISPR/Cas9によって改変され<ref>{{cite web |title=ゲノム編集技術「CRISPR/Cas9」を用いて中国ではすでに86人の遺伝子改変が行われたことが判明|url=https://gigazine.net/news/20180123-china-gene-edit-crispr/|publisher=[[GIGAZINE]]|date=2018-01-23 |accessdate=2018-02-07}}</ref>、同年11月26日には[[南方科技大学]]の{{仮リンク|賀建奎|en|He Jiankui}}副教授が、世界初の[[デザイナーベビー]]「{{仮リンク|露露と娜娜|en|Lulu and Nana}}」としてゲノム編集によって[[後天性免疫不全症候群]]（AIDS）に耐性を持たせた双子の女児の出産を発表して世界的な波紋を呼んだ<ref>{{cite web |title=特報：世界初「遺伝子編集ベビー」が 中国で誕生、その舞台裏|url=https://www.technologyreview.jp/s/114590/exclusive-chinese-scientists-are-creating-crispr-babies/|publisher=MIT Tech Review|date=2018-11-28 |accessdate=2018-11-29}}</ref><ref>{{cite web |title=Chinese scientist claims world's first gene-edited babies, amid denial from hospital and international outcry|url=https://edition.cnn.com/2018/11/26/health/china-crispr-gene-editing-twin-babies-first-intl/index.html|publisher=[[CNN]]|date=2018-11-26 |accessdate=2018-11-27}}</ref>。
 
== 各ヌクレアーゼについて ==
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