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検査について追記。出典の追加。SHERLOCK法の邦訳については暫定的であり、要検討。
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=== Cas9を応用したゲノム編集技術の開発 ===
一方、CRISPRのDNA切断機構は遺伝子工学的応用にも用いられるようになる。2012年にJinekらがII型CRISPR-Casシステムを構成するCas9がRNA依存性のDNAエンドヌクレアーゼであることを見出し、生化学的にCas9による標的DNAの切断が可能であることを示すと<ref name="pmid22745249"/>、翌年には同グループを含めた複数のグループが哺乳類細胞のCRISPR-Cas9システムによるゲノム編集に成功する<ref name="pmid23287718"/>。また、このゲノム編集技術に関する特許申請はその後の係争へ繋がる。今日ではゲノム編集技術の他にも転写制御、イメージング、核酸検出法など、様々な応用法が検討ないし実用されている<ref name="Adli2018">{{cite journal|last1=Adli|first1=Mazhar|title=The CRISPR tool kit for genome editing and beyond|journal=Nature Communications|volume=9|issue=1|year=2018|issn=2041-1723|doi=10.1038/s41467-018-04252-2}}</ref><ref name="GootenbergAbudayyeh2017">{{cite journal|last1=Gootenberg|first1=Jonathan S.|last2=Abudayyeh|first2=Omar O.|last3=Lee|first3=Jeong Wook|last4=Essletzbichler|first4=Patrick|last5=Dy|first5=Aaron J.|last6=Joung|first6=Julia|last7=Verdine|first7=Vanessa|last8=Donghia|first8=Nina|last9=Daringer|first9=Nichole M.|last10=Freije|first10=Catherine A.|last11=Myhrvold|first11=Cameron|last12=Bhattacharyya|first12=Roby P.|last13=Livny|first13=Jonathan|last14=Regev|first14=Aviv|last15=Koonin|first15=Eugene V.|last16=Hung|first16=Deborah T.|last17=Sabeti|first17=Pardis C.|last18=Collins|first18=James J.|last19=Zhang|first19=Feng|title=Nucleic acid detection with CRISPR-Cas13a/C2c2|journal=Science|volume=356|issue=6336|year=2017|pages=438–442|issn=0036-8075|doi=10.1126/science.aam9321}}</ref>。
CRISPR-Cas9システムを発表した[[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]]は従来より精度が高く使いやすいゲノム編集手法の開発を評価され、2020年の[[ノーベル化学賞]]を受賞した<ref>{{Cite web|title=ノーベル化学賞に米仏の女性2氏 ゲノム編集技術を開発:朝日新聞デジタル|url=https://www.asahi.com/articles/ASNB767HCNB6ULBJ00G.html|website=朝日新聞デジタル|accessdate=2021-11-06|language=ja}}</ref><ref>{{Cite web|title=2020年ノーベル化学賞、仏米の女性研究者2氏に ゲノム編集技術研究|url=https://www.afpbb.com/articles/-/3308649|website=www.afpbb.com|accessdate=2021-11-06|language=ja}}</ref>
 
=== Cas12a/Cas13の発見と診断技術・治療技術への応用 ===
2015年、細菌Francisella novicidaに由来するCpf1系において、ヌクレアーゼCas12a(旧名Cpf1)が発見される<ref>{{Cite journal|date=2015-10-22|title=Cpf1 Is a Single RNA-Guided Endonuclease of a Class 2 CRISPR-Cas System|url=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867415012003|journal=Cell|volume=163|issue=3|pages=759–771|language=en|doi=10.1016/j.cell.2015.09.038|issn=0092-8674}}</ref>。2016年にはRNAを標的とするエンドヌクレアーゼCas13a(旧名C2c2)が発見された<ref>{{Cite journal|last=Abudayyeh|first=Omar O.|last2=Gootenberg|first2=Jonathan S.|last3=Konermann|first3=Silvana|last4=Joung|first4=Julia|last5=Slaymaker|first5=Ian M.|last6=Cox|first6=David B. T.|last7=Shmakov|first7=Sergey|last8=Makarova|first8=Kira S.|last9=Semenova|first9=Ekaterina|date=2016-08-05|title=C2c2 is a single-component programmable RNA-guided RNA-targeting CRISPR effector|url=https://science.sciencemag.org/content/353/6299/aaf5573|journal=Science|volume=353|issue=6299|language=en|doi=10.1126/science.aaf5573|issn=0036-8075|pmid=27256883}}</ref>。Cas13はRNA誘導型RNAエンドヌクレアーゼであり、DNAは切断せず、一本鎖RNAのみを切断することを意味する。Cas13はそのcrRNAがssRNAの標的に誘導され標的と結合して切断する。Cas13の特徴はCas9と比較して標的を切断した後も標的に結合したままで、他のssRNA を無差別に切断することである。この性質はcollateral cleavagと呼ばれ、様々な診断技術の開発に利SHERLOCK法(Specific High Sensitivity Enzymatic Reporter Unlocking、邦訳:高感度核酸検出)またはCas12aとCas13を併されているしたSHERLOCK v2<ref>{{Cite nameweb|url="GootenbergAbudayyeh2017" https:/>。/www.mitsui.com/mgssi/ja/report/detail/__icsFiles/afieldfile/2020/11/10/2011pm_abe.pdf|title=CRISPRフリーのゲノム編集時代の幕開け
―ゲノム編集技術の展開―|accessdate=2021/11/07|publisher=三井物産戦略研究所|author=阿部裕|page=6|date=2020/11}}</ref>として様々な診断技術の開発に利用されており、具体的にはHUDSON(Heating Unextracted Diagnostic Samples to Obliterate Nucleases)と併用されることで、4種のデング熱ウイルスと2015年から2016年にわたって流行した地域特異的な鎖を有するジカ熱ウイルスの判別や患者から直接得られたデング熱ウイルスの高度な器具の不要な迅速検査の他、無細胞による悪性腫瘍のDNA変異の診断等に応用される<ref name="GootenbergAbudayyeh2017" /><ref>{{Cite journal|last=Myhrvold|first=Cameron|last2=Freije|first2=Catherine A.|last3=Gootenberg|first3=Jonathan S.|last4=Abudayyeh|first4=Omar O.|last5=Metsky|first5=Hayden C.|last6=Durbin|first6=Ann F.|last7=Kellner|first7=Max J.|last8=Tan|first8=Amanda L.|last9=Paul|first9=Lauren M.|date=2018-04-27|title=Field-deployable viral diagnostics using CRISPR-Cas13|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/29700266/|journal=Science (New York, N.Y.)|volume=360|issue=6387|pages=444–448|doi=10.1126/science.aas8836|issn=1095-9203|pmid=29700266|pmc=6197056}}</ref>。この技術をさらに応用し、Cas13の特定のssRNAウイルス([[A型インフルエンザウイルス]]・[[水胞性口炎]]ウイルス・[[リンパ球性脈絡髄膜炎]]ウイルスの3種)への抗ウイルス的な作用に着目して、CARVER(Cas13-assisted Restriction of Viral Expression and Readout)が開発され、抗ssRNAウイルス薬への応用の可能性も示された<ref>{{Cite journal|last=Freije|first=Catherine A.|last2=Myhrvold|first2=Cameron|last3=Boehm|first3=Chloe K.|last4=Lin|first4=Aaron E.|last5=Welch|first5=Nicole L.|last6=Carter|first6=Amber|last7=Metsky|first7=Hayden C.|last8=Luo|first8=Cynthia Y.|last9=Abudayyeh|first9=Omar O.|date=2019-12-05|title=Programmable Inhibition and Detection of RNA Viruses Using Cas13|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31607545/|journal=Molecular Cell|volume=76|issue=5|pages=826–837.e11|doi=10.1016/j.molcel.2019.09.013|issn=1097-4164|pmid=31607545|pmc=7422627}}</ref>。さらにCRISPR-Casシステムには抗菌作用も存在し、DNA編集を行うCas9を使用した場合にはプラスミド上に遺伝子があると適切な殺菌ができず、細菌の変異をもたらすリスクがある一方、RNA編集を行うCas13aを使用する場合はそのような懸念がなく薬剤耐性菌を標的とした増殖の抑制に臨床上使いやすいと期待する研究もある<ref>{{Cite web|url=http://www.senri-life.or.jp/seminar/20210521_semi/20210521_05a.pdf|title=【演題 4】バクテリオファージを用いた疾患治療法の開発|accessdate=2021/11/07|publisher=公益財団法人千里ライフサイエンス振興財団|author=氣駕恒太朗}}</ref><ref>{{Cite web|title=狙った細菌を選択的に殺菌できる遺伝子標的型抗菌薬を創出―薬剤耐性菌問題の解決へ― {{!}} 国立研究開発法人日本医療研究開発機構|url=https://www.amed.go.jp/news/release_20200610-02.html|website=www.amed.go.jp|accessdate=2021-11-06|language=ja}}</ref><ref>{{Cite journal|last=Kiga|first=Kotaro|last2=Tan|first2=Xin-Ee|last3=Ibarra-Chávez|first3=Rodrigo|last4=Watanabe|first4=Shinya|last5=Aiba|first5=Yoshifumi|last6=Sato’o|first6=Yusuke|last7=Li|first7=Feng-Yu|last8=Sasahara|first8=Teppei|last9=Cui|first9=Bintao|date=2020-06-10|title=Development of CRISPR-Cas13a-based antimicrobials capable of sequence-specific killing of target bacteria|url=https://www.nature.com/articles/s41467-020-16731-6|journal=Nature Communications|volume=11|issue=1|pages=2934|language=en|doi=10.1038/s41467-020-16731-6|issn=2041-1723}}</ref>。
 
=== COVID-19の世界的流行に伴うSARS-CoV-2診断技術への応用 ===
新型コロナウイルスに関しても、Cas12a/Cas13の診断技術が応用される可能性があり、Cas13aを用いたリキッドバイオプシーからがん変異遺伝子を特定する技術に続いて、2020年3月にはCas13aを用いたSARS-CoV-2の検出プロトコルが発表された<ref>{{Cite web|url=https://www.jsps.go.jp/j-center/data/r01/09biomedical.pdf|title=令和元年度学術研究動向等に関する調査研究 報告概要(医歯薬学専門調査班)|accessdate=2021/11/07|publisher=日本学術振興会|author=田中真二|page=2}}</ref>。Cas13を用いた検査に関しては、サンプルRNAに関して感度95%以上・特異度99%以上という高精度かつ検査1回当たり0.05ドルという安価な費用、2時間以内という迅速性が利点として挙げられ、この点が従来の検査法であるRT-PCR法に対して優越し、SARS-CoV-2のmRNAに応用することも検討されている<ref>{{Cite journal|last=Shihong Gao|first=David|last2=Zhu|first2=Xiaodong|last3=Lu|first3=Binfeng|date=2021-07|title=Development and application of sensitive, specific, and rapid CRISPR-Cas13-based diagnosis|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33599292/|journal=Journal of Medical Virology|volume=93|issue=7|pages=4198–4204|doi=10.1002/jmv.26889|issn=1096-9071|pmid=33599292|pmc=8014745}}</ref>。理化学研究所・東京大学先端科学技術研究センター・東京大学大学院理学系研究科・京都大学ウイルス・再生医科学研究所の研究チームは、SARS-CoV-2由来のウイルスRNAを分子レベルで5分以内に迅速に高い特異度で検出する、COVID-19を含む感染症の超高感度の検査技術を開発した<ref name=":1">{{Cite journal|last=Shinoda|first=Hajime|last2=Taguchi|first2=Yuya|last3=Nakagawa|first3=Ryoya|last4=Makino|first4=Asami|last5=Okazaki|first5=Sae|last6=Nakano|first6=Masahiro|last7=Muramoto|first7=Yukiko|last8=Takahashi|first8=Chiharu|last9=Takahashi|first9=Ikuko|date=2021-04-19|title=Amplification-free RNA detection with CRISPR–Cas13|url=https://www.nature.com/articles/s42003-021-02001-8|journal=Communications Biology|volume=4|issue=1|pages=1–7|language=en|doi=10.1038/s42003-021-02001-8|issn=2399-3642}}</ref><ref>{{Cite web|title=新型コロナウイルスの超高感度・世界最速検出技術を開発|url=https://www.riken.jp/press/2021/20210419_2/index.html|website=www.riken.jp|accessdate=2021-11-06|language=ja}}</ref>。これは、従来のCRISPR-Cas13aによる検査法にマイクロチップ技術(マイクロチャンバーアレイ)を組み合わせたSATORI法(CRISPR-based Amplification-free Digital RNA Detection)であり、唾液のような混入物質に対してロバストであるため、RNAを純化する作業が不要で臨床に応用しやすく、従来の検査法で精度が高く確定診断に用いられるPCR検査と比較して極めて迅速であり、迅速でスクリーニングに適している抗原検査よりも検出感度や特異度が高いと当研究チームは主張している<ref>{{Cite web|title=【新型コロナ】新型コロナウイルスを5分以内に検出 超高感度・世界最速で検出する革新的技術を開発 理研・東京大・京都大|url=https://dm-rg.net/news/2021/04/020714.html|website=糖尿病リソースガイド|accessdate=2021-11-06|language=ja}}</ref><ref>{{Cite web|url=https://www.jst.go.jp/pr/announce/20210419-2/pdf/20210419-2.pdf|title=新型コロナウイルスの超高感度・世界最速検出技術を開発-汎用的な感染症診断技術としての応用展開に期待-|accessdate=2021/11/07|publisher=科学技術振興機構}}</ref><ref name=":1" />。また、オフターゲット変異が少ないとされるタイプⅠのCas3を用いた日本の国産ゲノム編集技術をLAMP法(Loop-mediated Isothermal Amplification)と組み合わせることで、東京大学医科学研究所の研究チームがCOVID-19検査法として応用したCONAN法(Cas3-operated Nucleic Acid Detection)という診断薬技術をプレプリントの方式で発表し、この検査技法は40分以内の迅速な検査が可能で、Cas12(Cas12aを用いたDETECTR法(DNA Endonuclease-Targeted CRISPR Trans Reporter))やrRT-PCRを用いた検査に匹敵する速度や感度であり、特異度はより高く低コストかつ熟練した検査人員や機器が不要であり、SARS-CoV-2以外にもA型インフルエンザウイルス(H1N1pdm09・H3N2)の検査等にも応用可能であると主張する<ref>{{Cite journal|last=Yoshimi|first=Kazuto|last2=Takeshita|first2=Kohei|last3=Yamayoshi|first3=Seiya|last4=Shibumura|first4=Satomi|last5=Yamauchi|first5=Yuko|last6=Yamamoto|first6=Masaki|last7=Yotsuyanagi|first7=Hiroshi|last8=Kawaoka|first8=Yoshihiro|last9=Mashimo|first9=Tomoji|date=2020-06-02|title=Rapid and accurate detection of novel coronavirus SARS-CoV-2 using CRISPR-Cas3|url=https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2020.06.02.20119875v1|pages=2020.06.02.20119875|language=en|doi=10.1101/2020.06.02.20119875v1}}</ref><ref>{{Cite web|title=東大医科研、国産ゲノム編集技術で迅速安価なコロナ検出法を開発|url=https://bio.nikkeibp.co.jp/atcl/news/p1/20/06/04/07041/|website=日経バイオテクONLINE|accessdate=2021-11-06|language=ja|last=日経バイオテクONLINE}}</ref><ref>{{Cite web|url=https://fnkprddata.blob.core.windows.net/domestic/news/200515pdf/200515.pdf|title=ゲノム編集治療とCRISPR診断薬の開発研究|accessdate=2021/11/07|publisher=フナコシ株式会社|work=ゲノム編集 2020|author=真下知士}}</ref>。
 
以上のような技術に加え、[[食品医薬品局]](FDA)から実際にコロナウイルスの診断薬として緊急使用許可(EUA)を受けているものも存在し、SHERLOCK法を用いた「CRISPR SARS-CoV-2キット」やDETECTR法を用いた"SARS-CoV-2 DETECTR Reagent Kit"は申請され緊急使用許可が下りた<ref>{{Cite web|title=米Sherlock社、ゲノム編集技術用いた新型コロナの診断薬が緊急使用許可|url=https://bio.nikkeibp.co.jp/atcl/news/p1/20/05/10/06899/|website=日経バイオテクONLINE|accessdate=2021-11-06|language=ja|last=日経バイオテクONLINE}}</ref><ref>{{Cite web|title=米Mammoth社と英GSK社、CRISPR技術用いた新型コロナの迅速診断検査を共同開発|url=https://bio.nikkeibp.co.jp/atcl/news/p1/20/05/26/07002/|website=日経バイオテクONLINE|accessdate=2021-11-06|language=ja|last=日経バイオテクONLINE}}</ref><ref>{{Cite web|url=https://www.fda.gov/media/141762/download|title=SARS-CoV-2 DETECTR Reagent Kit - Letter of Authorization|accessdate=2021/11/07|publisher=FDA|date=2020/8/31}}</ref><ref>{{Cite web|url=https://www.fda.gov/media/139937/download|title=ACCELERATED EMERGENCY USE AUTHORIZATION (EUA) SUMMARY
SARS-COV-2 RNA DETECTR ASSAY
(UCSF Health Clinical Laboratories, UCSF Clinical Labs at China Basin)|accessdate=2021/11/07|publisher=FDA}}</ref><ref>{{Cite web|title=FDA Grants EUAs for MiraDx, Mammoth Biosciences, BayCare Laboratories Molecular Coronavirus Tests|url=https://www.genomeweb.com/molecular-diagnostics/fda-grants-euas-miradx-mammoth-biosciences-baycare-laboratories-molecular|website=Genomeweb|date=2020-09-02|accessdate=2021-11-06|language=en}}</ref><ref>{{Cite web|title=FDA Grants EUAs for Mammoth Biosciences Coronavirus Tests {{!}} IPIRA|url=https://ipira.berkeley.edu/fda-grants-euas-mammoth-biosciences-coronavirus-tests|website=ipira.berkeley.edu|accessdate=2021-11-06}}</ref>。
 
==構造==
 
==応用==
CRISPR/Casシステムの応用として以下のようなものが提唱されている<ref name="pmid18157154">{{cite journal |doi=10.1038/nrmicro1793 |author=Sorek R, Kunin V, Hugenholtz P |title=CRISPR--a widespread system that provides acquired resistance against phages in bacteria and archaea |journal=Nat Rev Microbiol |volume=6 |issue=3 |pages=181–6 |year=2008 |pmid=18157154}}</ref>
*発酵に利用するなど産業的に重要な細菌に対して人為的に改変したCRISPR座位を導入し、有害なファージに対する免疫を与える
*CRISPR/Casシステムを用いた細胞および個体レベルでのRNA誘導性 (RNA-guided) のゲノム工学 (genome engineering) {{Refnest|group=注|[[ゲノム編集]]技術のこと。従来の遺伝子改変生物の作製法はランダムな変異によるものや、ES細胞の[[相同組換え]]による標的遺伝子の改変に限られており、いずれも効率の低い方法であった。近年の[[ジンクフィンガーヌクレアーゼ|ZFN]]や[[TALEN]]などの人工[[制限酵素]]の開発により、ゲノム上の標的遺伝子の改変が容易になりつつある<ref>{{Cite web|accessdate=2013-06-29|title=TALエフェクターヌクレアーゼ(TALEN)を用いた効率的な遺伝子改変ラットの作製技術|url=http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/news_data/h/h1/news6/2012/130213_1.htm}}</ref>。[[:en:genome engineering]]参照。}}技術への応用。この分野において ''in vivo'', ''in vitro'' それぞれの系で実証実験がなされている<ref name="pmid22745249">{{cite journal|last=Jinek|first=M|coauthors=Chylinski K, Fonfara I, Hauer M, Doudna JA, Charpentier E.|title=A programmable dual-RNA-guided DNA endonuclease in adaptive bacterial immunity|journal=Science|year=2012|pmid=22745249}}</ref><ref name="pmid23287718">{{cite journal|last=Cong|first=Le|coauthors=Ran FA, Cox D, Lin S, Barretto R, Habib N, Hsu PD, Wu X, Jiang W, Marraffini LA, Zhang F.|title=Multiplex genome engineering using CRISPR/Cas systems.|journal=Science|year=2013|pmid=23287718}}</ref><ref>{{cite journal|last=Mali|first=P|coauthors=Yang L, Esvelt KM, Aach J, Guell M, DiCarlo JE, Norville JE, Church GM.|title=RNA-guided human genome engineering via Cas9.|journal=Science|year=2013|pmid=23287722}}</ref>
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