「ゲノム編集」の版間の差分

CRISPR/Cas9の言い回し、「危険性と規制」でref先で言及の無いもの、節と関係ないものの除去、など。
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(CRISPR/Cas9の言い回し、「危険性と規制」でref先で言及の無いもの、節と関係ないものの除去、など。)
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、特定の配列を狙って[[DNA]]の切断を行い、これにより意図的なDNAの改変を可能とすることある。DNA切断の後は、細胞の本来の機能より[[DNA修復]]起こるが、この際、特定の配列を断片として与えると、遺伝子切断部に挿入する[[ノックイン]]が可能となる。ノックインをさせずに修復を行っとしても、配列が変わらない限り、DNA切断が何度でも繰り返されるため、変異が発生する。これを利用して、特定の配列遺伝子の機能除去す止める[[遺伝子ノックアウト|ノックアウト]]にも活用できされる。
 
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しやるのが、大きな課題である<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>。このオフターゲットが生じると[[悪性腫瘍|がん]]等の疾患を発症する恐れがあるため、この課題オフターゲット克服改善する研究も進む<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>。翌1973年には、ハーバート・ボイヤーと[[スタンリー・ノルマン・コーエン]]がこの技術を生物にも適用する<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、遺伝子工学による[[インスリン]]の量産が成される。しかし、これら従来の遺伝子工学には大きな課題が2つあった。特定の遺伝子を操作する正確性の欠如と、遺伝子の配列や生物種に依らない用という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]]が発展するに至い、正確性の問題は解決された。応用性の欠如の方も、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る。
 
2012年8月、既知の真核生物の獲得免疫発見はされていた関わるCRISPRがゲノム編集にも活用しうることを[[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>。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も成功する。これにより、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]]においてCRISPR/Cas9による世界初の遺伝子改変[[サル]]が誕生する<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>。翌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|year=2015|title=Don't edit the human germ line|journal=Nature|volume=519|issue=7544|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]]治療目的の[[体外受精]]において、2つの[[精子]]が受精した異常な受精卵で、元々廃棄されるものであった。Huangらの報告では、狙った遺伝子を思い通りに書きかえられたのは86個中4個のまであり、オフターゲットが起きた受精卵もあった<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、技術的な改善の必要性も記している{{sfn|山本|page=115}}。Huangは[[Nature]]誌により2015年の10人に選ばれる<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>。この研究を契機に、ヒト受精卵に対するゲノム編集の倫理が新たな課題となる<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>。
 
=== CRISPR/Cas9 ===
[[原核生物]]において発見された獲得免疫機構をCRISPR/Casシステムという。このシステムのうち、{{仮リンク|Cas9|en|Cas9}}と呼ばれるヌクレアーゼと、標的となるDNA配列へ導くガイド[[リボ核酸|RNA]]とを利用複合化し、これをDNAの改変に応用した技術をCRISPR/Cas9という。
 
ZNF、TALENが各々一つのタンパク質であるのに対して、CRISPR/Cas9では、ガイドRNAとCas9という2つの別々の分子で構成されるのが特徴的である。DNAの標的部位と相補的な配列をガイドRNAに用意するので、ガイドRNAは標的部位に特異的に結合できる。そうするとガイドRNAとDNAを覆うようにCas9タンパク質が結合して、DNAを切断する。Cas9自体は使い回しができて、標的部位狙いよっ応じてガイドRNAだけを作成すれば済むため、多重化が容易である{{sfn|山本|page=127}}。
 
CRISPR/Cas9は、3つのヌクレアーゼの中で部位特異性の低さと、それによるオフターゲットが課題である。オフターゲットの多寡は、DNA修復の機構が[[非相同末端結合]] (NHEJ) か、相同組換え修復 (Homology Directed Repair: HDR) であるかによっても異なる<ref>{{cite web|title=CRISPR-Cas9 システム概要|url=http://www.cosmobio.co.jp/product/detail/crispr-cas.asp?entry_id=14354|publisher=コスモ・バイオ株式会社|accessdate=2015-12-25}}</ref>。HDRの方がNHEJよりもオフターゲットとして安全だが、手間がかかるうえ、互いに使用条件が限られる。それを克服するために、ニッカーゼ改変型Casを用いて、標的ごとに2種類のガイドRNAを与えるという手法が開発された<ref>{{cite journal|author=Sander, Jeffry D., and J. Keith Joung|title=CRISPR-Cas systems for editing, regulating and targeting genomes|journal=Nature biotechnology|volume=32|issue=4|year=2014|pages=347-355|url=http://europepmc.org/articles/pmc4022601|accessdate=2015-12-26|doi=10.1038/nbt.2842}}</ref><ref name="Ran2013" />。また、NHEJとHDRの競合改善の手段として、NHEJの抑制剤、ひいてはHDRの促進剤となる小分子としてSCR7<ref>{{cite journal|authors=Chu, Van Trung, et al.|title=Increasing the efficiency of homology-directed repair for CRISPR-Cas9-induced precise gene editing in mammalian cells|journal=Nature biotechnology|volume=33|issue=5|year=2015|pages=543-548|doi=10.1038/nbt.3198}}</ref>が挙げられる。同様にHDRの促進剤としてL755,507<ref name="Yu2015">{{cite journal|authors=Yu, Chen, et al.|title=Small molecules enhance CRISPR genome editing in pluripotent stem cells|journal=Cell stem cell|volume=16|issue=2|year=2015|pages=142-147|url=http://med.stanford.edu/qilab/publications/_jcr_content/main/panel_builder_1/panel_0/download/file.res/Yu_Cell%20Stem%20Cell_2015.pdf|format=PDF|accessdate=2015-12-30}}</ref>が挙げられる。そのあり、逆のNHEJの促進剤としてはAzidothymidine (AZT)<ref name="Yu2015" /> が挙げられる。
 
ゲノム編集の対象とする核内のDNAにアクセスするために、Cas9とガイドRNAを細胞内、更に核内へと導入しなければならない。そのための導入媒体、つまり[[ベクター (遺伝子工学)|ベクター]]として[[プラスミド]]や[[ウイルス]]が使用される<ref>{{cite web|title=ORIGENE社 CRISPR-Cas9 ゲノム編集用ベクター|url=http://www.cosmobio.co.jp/product/detail/org-20131212-1.asp?entry_id=12003|publisher=コスモ・バイオ株式会社|accessdate=2015-12-25}}</ref>。プラスミドや、ベクターを介さず直接的にタンパク質の形で導入<ref>{{cite web|title=ゲノム編集がひろげるサイエンス・ワンダーランド|url=http://www.thermofisher.com/content/dam/LifeTech/Documents/PDFs/jp/Campaign/ge-comics-mz-8-201508.pdf|publisher=ThermoFisher SCIENTIFIC|accessdate=2015-12-30|format=PDF}}</ref>する方法として、[[電気穿孔法|エレクトロポレーション法]]がある<ref name=ran2013>{{cite journal|authors=Ran, F. Ann, et al.|title=Genome engineering using the CRISPR-Cas9 system|journal=Nature protocols|volume=8|issue=11|year=2013|pages=2281-2308|doi=10.1038/nprot.2013.143|url=http://zlab.mit.edu/assets/reprints/Ran_FA_Nat_Protoc_2013.pdf|format=PDF|accessdate=2015-12-27}}</ref>。2015年現在の技術水準ではどの導入手段が効率が高いかは一概には言えないことが多く、実験的に確認することが多い。また、プラスミドについては、非営利のリポジトリが存在する<ref>{{cite web|title=CRISPR/Cas9 Plasmids and Resources|url=https://www.addgene.org/crispr/|publisher=Addgene|accessdate=2016-01-04}}</ref>。
 
ガイドRNAの設計ツール、またライブラリーと呼ばれる製品が各社から販売されている<ref>{{cite web|title=CRISPR-Cas9 gRNA ライブラリー|url=http://www.cosmobio.co.jp/product/category/bunshiseibutsu/genome-editing/crispr-cas9-grna-library/|publisher=コスモ・バイオ株式会社|accessdate=2015-12-25}}</ref><ref name=ran2013/>。国内では、ライフサイエンス統合データベースセンター ([[DBCLS]]) が[http://crispr.dbcls.jp/ CRISPRdirect]というガイドRNAの設計ツールを提供している<ref>{{cite web|title=報道発表資料:ゲノム編集のためのガイドRNA設計ソフトウェアCRISPRdirectを公開|url=http://rc.rois.ac.jp/download/pages/press/20141121dbcls.pdf|publisher=DBCLS/東京大学|date=2014-11-21|accessdate=2016-06-17}}</ref><ref>{{cite web|title=設計ツール CRISPRdirectを使ってCRISPR/Cas法のガイドRNA配列を設計する。|url=http://togotv.dbcls.jp/20140412.html|publisher=DBCLS TogoTV|date=2014-04-12|accessdate=2015-12-27}}</ref>。
また、[[遺伝子組み換え作物]] (GMO) としての取扱いについても、問題を生じている<ref>{{cite news|newspaper=朝日新聞|date=2012-08-22|title=遺伝子操作、消える痕跡 徳島大・広島大が作物で新技術|authors=瀬川茂子、波多野陽}}</ref><ref>{{cite news|newspaper=日経新聞|title=農作物の遺伝子組み換え 技術複雑に どこまで「組み換え」と言えるのか?言えないのか?海外で議論進む中日本政府の対応に鈍く|date=2012-08-18}}</ref>。従来のGMOと異なって、ゲノム編集作物の場合は1塩基単位に近い改変が可能である。そのことにより改変されているにも関わらず、改変の痕跡が残りにくい作物が生じる。このため、新しい規制モデルが提唱されている<ref>{{cite web|title=社会は遺伝子改変の痕跡がない作物を受け入れるか: ゲノム編集作物の規制と表示に関する提言|url=https://www.hokudai.ac.jp/news/150225_general_pr.pdf|author=荒木素子, 石井哲也|publisher=北海道大学|date=2015-02-26|accessdate=2015-12-25|format=PDF}}</ref>。改変の規模が大きいほど規制の程度を厳しくする案が各国で検討されている<ref>{{cite journal|和書|journal=化学と生物|volume=52|year=2014|number=12|pages=836-840|doi=10.1271/kagakutoseibutsu.52.836|title=バイオサイエンススコープ ゲノム編集技術と克服すべき重要課題|author=石井 哲也}}</ref>。
 
バイオ[[テロリズム]]への応用を危ぶむ声もある<ref>{{cite web|title=ノーベル賞候補・ゲノム編集技術「CRISPR/Cas9システム」|url=http://www.huffingtonpost.jp/daiki-horikawa/genome_b_8248478.html|author=クマムシ博士・堀川大樹|publisher=The Huffington Post Japan, Ltd.|date=2015-10-06|accessdate=2015-12-26|archiveurl=https://web.archive.org/web/20161014213412/http://www.huffingtonpost.jp/daiki-horikawa/genome_b_8248478.html|archivedate=2016-10-14}}</ref>
 
ヒトの脳、つまりヒトと同等の意識をもった動物を作成できる可能性が、技術論として真面目に議論されている<ref>{{cite web|title=「遺伝子操作で人間の脳を持つ 動物を作ることは可能」|url=http://horiemon.com/talk/35763/|author=[[堀江貴文]], 田中光一|publisher=HORIEMON.com|date=2015-07-27|accessdate=2016-01-04}}</ref>。
 
大学などの研究機関や企業に所属しない個人やグループが、自宅などでゲノム編集の実験や自らの肉体を対象とした遺伝子治療、[[ペット]]の遺伝子改変などを行う「[[DIYバイオ]]」「バイオ[[ハッキング]]」が[[アメリカ合衆国]]などで広がっている。ゲノム編集の技術や手法が[[インターネット]]を通じて広まり、必要な薬品や器材も[[電子商取引|ネット通販]]で入手しやすくなっていることが背景にある<ref>[https://www.asahi.com/articles/DA3S13564925.html?iref=pc_ss_date 「DIYバイオ増殖/大学・企業に属さず自宅で実験/ゲノム編集の方法 ネットで入手/規制は後追いに」]『朝日新聞』夕刊2018年6月30日(2018年7月13日閲覧)。</ref>。
 
== 脚注 ==