ゲノム編集の世紀

CRISPR革命

手軽な遺伝子編集技術

CRISPRとは、古代からの細菌に備わっている免疫システムの1つである。科学者たちはこれを利用して、30億文字のヒトゲノムの中から特定の配列を捜し当ててカットし、修正し、書き換えることができる技術をつくった。

CRISPRがあれば、安くて手軽なツールで、遺伝子コードの異常のある部位を書き直すことで、がんをはじめとする遺伝子疾患を精密に治療できるようになると期待される。

また、ウイルスや細菌、植物、動物、ヒトなど、大小様々な生物のDNA配列を、デザインしたり改変したりすることが可能となった。簡便で応用性があり安価なCRISPRは、世界中の研究者たちの想像力をかき立て、科学を根本から変えるものとなった。

CRISPRの発見者として国際的に認められているのは、エマニュエル・シャルパンティエとジェニファー・ダウドナの2人だ。2012年6月に発表した論文で、DNA配列のねらった場所を思いどおりに切断できるように細菌酵素をプログラムすることに成功した。

だが、CRISPRは2人だけの成果ではない。何十年にもわたる基礎生物医学への投資と、幾多の科学者たちの地道な研究がもたらしたブレークスルーである。

CRISPRの発見

Bill Oxford/gettyimages

細菌とウイルスは、微生物界における永遠のライバルだ。両者は少なくとも10億年ものあいだ、闘いを続けてきた。

細菌は、細菌にのみ感染するウイルス(ファージ)に脅かされている。ファージは細菌の細胞壁にくっつくと自身の遺伝物質を細菌に送り込み、宿主のタンパク質合成装置を乗っ取って、子孫を増殖させる。

細菌がファージに対抗するためにつくりだした免疫系の1つがCRISPRだ。CRISPRは、細菌ゲノムの中の小さな領域で、過去に感染したウイルスの遺伝子コードの断片(スペーサー配列)が、同一のリピート配列として整然と保管されている。それはあたかも、FBIの指名手配犯ファイルのようだ。

細胞がウイルスの侵入を検知すると、「CRISPRアレイ」と呼ばれる配列の領域が活性化され、ウイルス塩基配列のRNAコピーが作られ、短い断片に切断される。この断片が「Cas」という酵素と結合することで、RNAが照合したウイルスのDNAを見つけ出し、切断、無力化する。

科学者たちは、この仕組を利用して、ウイルス由来のRNAのかわりに自身がデザインした合成ガイドRNAを、Casの中でも最もシンプルな「Cas9」に結合させることで、どの生物のどの遺伝子のどんなDNA配列でも標的にできる技術を開発した。自然界のあらゆる生物は、A、C、T、Gという同じ4文字のアルファベットで書かれたDNAコードを使っているため、ヒトであれ、他の動植物であれ、同じ技術を応用できるのだ。

細菌のDNAにあるリピート配列の発見は、1987年に発表された大阪大学の中田篤男と石野良純の論文(在籍は当時)において報告されていた。さらにスペインの微生物学者フランシスコ・モヒカは、塩田に生息する古細菌のDNAから謎めいたリピート配列を発見し、2001年にそれをCRISPRと名付け、2004年の論文で、CRISPRが免疫システムに関与していることを示した。

デンマークのヨーグルト会社〈ダニスコ〉社の研究者であるフィリップ・ホーヴァートとロドルフ・バランゴウは、細菌の研究の過程でCRISPR―Casシステムが細菌の獲得免疫システムであることを実験によって示した。この実験を通じ、モヒカらの予測の正しさは証明された。成果は、2007年に『サイエンス』に論文として掲載された。