31年前の1993年、アリカンテ大学のスペインの微生物学者フランシス・モヒカは、サンタポーラ塩原で発見されたいくつかの古細菌（バクテリアに似た原核微生物）のゲノム中に短いDNA配列の奇妙な繰り返しを発見し、この観察結果を発表した。 。彼はそれらを最初に見たわけではなく、日本とオランダの微生物学者は以前に他の細菌でそれらを観察していましたが、それらを調査し、それらを説明し、富をもたらした英語の頭字語であるCRISPRと名付けることを最初に決めたのは彼でした。今日、すべての研究者の口に上がっています。 10 年後、彼は新たな瞬間を迎えました。そして、これらの反復配列のグループには、細菌に感染するウイルスに対する防御機能があるに違いないと提案しました。これらの発見を出版物に記載するのにさらに 2 年かかりました。当初は、細菌が Mojica が提案したような遺伝に基づく免疫システムを持っていると信じていた人は誰もいなかったためです。そして彼は正しかった。この先駆的な出版物は、エマニュエル・シャルパンティエとジェニファー・ダウドナという二人の研究者によって読まれ、2012年に協力して、この細菌の防御システムを遺伝子編集ツール、すなわち、DNAを正確に切断できるヌクレアーゼ（Cas9）に変換することを提案した。小さなガイド RNA 分子。このアイデアにより、8 年後、この 2 人の研究者はノーベル化学賞を受賞しました。それ以来、これらのツールにはさまざまなバージョンが登場し、生物学、バイオテクノロジー、生物医学への応用は成長と蓄積を止めていません。
CRISPRの始まり
CRISPR-Cas9 として知られるこれらの遺伝子編集ツールの最初のバージョンは、2013 年初めに研究者のフェン・チャン氏とジョージ・チャーチ氏が率いる北米の 2 つの研究所によって検証されました。これらのツールを使用すると、あらゆる生物のあらゆるゲノムの DNA を切断できます。特定のシーケンスで非常に正確に生きています。 DNA二重らせんのこれらの切断は細胞自体によって修復される必要があり、ゲノムのこれらの傷の修復中に、通常、切断された遺伝子の不活性化につながる突然変異が発生し、治療効果や/またはバイオテクノロジー、このプロセスに基づくさまざまな遺伝子治療。鎌状赤血球などの重篤で不治の血液疾患を治療するために、まず英国、次に米国、そして最終的に欧州連合で最初に承認されたCRISPRに基づく遺伝子治療であるカスゲビーを強調する必要がある。細胞貧血またはベータサラセミア。
新しい特性を持ち、作物によりよく適応したり、より大きな利益をもたらしたりする、遺伝子編集された植物における現在の応用の多くは、これらの第一世代の CRISPR ツールの使用に基づいています。ヨーロッパでは、これらの進歩は、新しい植物品種の開発におけるこれらの新しい戦略の使用を妨げる、更新が保留されている時代遅れの法律によって罰せられています。ヨーロッパ以外のほとんどの国は、これらの慣行をあたかも遺伝子組み換え植物であるかのように規制しないことを選択していますが、これは欧州連合でも実際に起こっており、ヨーロッパ外とヨーロッパ内で起こっている進歩の間に新たな断絶と競争力の喪失を生み出しています。希望はすぐに解決されるでしょう。
切断面の左右の領域をカバーする小さな DNA 配列を提供することによって切断面の修復を促進することもでき、偶然にも配列を自由に導入できるため、新しい遺伝子治療戦略の可能性が開かれます。しかし、この戦略は研究室ですぐに検証されましたが、効率が限られていることと、細胞が活発に分裂するように修正する必要があることの両方により、残念ながら臨床的意義はほとんどありませんでした。そして、私たちの体内には、ニューロンなど、通常は分裂しない細胞がたくさんあります。
二代目
第一世代の CRISPR ツールの限界は、ボストンの BROAD Institute の研究者David Liuの才能のおかげで、ベース エディターと呼ばれる第 2 世代の編集タンパク質の設計によって大幅に克服されました。基本的に、この第 2 世代の CRISPR ツールを使用すると、DNA を切断することなく、したがって第 1 世代のツールの制限を受けることなく、ゲノム内の文字を化学的に非常に正確に変更することができます。基本エディターの 3 つのバージョンが報告されています。A を G に変換するもの、C を T に変換するもの、および C を G に変換する 3 番目のバージョンです。これらの基本エディターはすでに使用されており、正常に動作しています。は、血中コレステロールの低下を引き起こす特定の遺伝子を不活性化することによって、T細胞急性リンパ芽球性白血病などの一部の血液がんを治療したり、血中コレステロール値が高い人々を治療したりする臨床試験で使用されています。
多作の研究者であり発明家である David Liu は、高品質エディターとして知られる第 3 世代の CRISPR ツールも開発しました。これは、これまでに知られている中で最高のものです。この場合、まだ臨床試験でテストされていないこれらのツールは、すべての利点を提供し、以前の CRISPR ツールの制限のほとんどを解決し、遺伝子編集アプリケーションの開発にとって大きな希望となります。
現在、主に血液に関係するさまざまな疾患に対する遺伝子治療の実験的開発を検証する臨床試験がすでに100件以上行われているが、進行性視力喪失（レーベル先天性黒内障）やそのような深刻な希少疾患を対象としたものもある。トランスサイレチンアミロイドーシスまたは先天性血管浮腫など。これらの治験のほとんどは患者の体外で介入を実施し、最初に血液から幹細胞を取得し、研究室で編集してから同じ患者に戻します。これはいわゆる「生体外」戦略です。患者が治療として CRISPR-Cas9 ツールを直接受け取る「生体内」アプリケーションも開発され始めています。
CRISPR: 理論から実践へ
CRISPR-Cas9ツールを患者に導入するには、毒性遺伝子を取り除いたウイルスをトランスポーター、または専門的には脂質ナノ粒子と呼ばれる脂肪滴として使用することができ、これは両社が開発した新型コロナウイルス感染症ワクチンの投与に使用されるものと同じである。 SARS-CoV-2 コロナウイルスによって引き起こされたパンデミックから私たちを救ってくれたモデルナとファイザー-BioNTech。
CRISPR-Cas9 変異体も開発されており、これは DNA を切断することで機能するのではなく、これらのタンパク質がゲノム内の特定の場所、たとえば特定の遺伝子の近くに特異的に配置され、活性化因子または抑制因子を運ぶことができる能力を利用して機能します。そこでの遺伝子の発現、エピジェネティック編集と呼ばれます。これらの戦略は、DNA の一方または両方の鎖を切断する必要がある以前の戦略よりも安全であると考えられています。
スペインでは、数十年、数百年、あるいは数十億年前に存在していたはずの細菌に由来する新しい CRISPR システムが入手されました。これらの古代のツールは、現在使用されている CRISPR ツールによって課せられた制限を克服すると期待されています。CRISPR ツールは、人間に感染を引き起こす病原性細菌に由来しており、私たちの免疫システムはすでにそれらに対する抗体を持っています。
CRISPR は今や医療の現実となっています
CRISPR 遺伝子編集ツールに基づく最初の治療法はすでに患者に届けられているが、キャスゲビーの場合は 220 万米ドルという異常な治療費がかかるため、重要な制限がある。これは確かに、生物医学に専念する私たちが現在解決しなければならない倫理的、社会的、経済的課題です。すでに存在する治療法とその成果が、治療費を支払う余裕のある患者だけでなく、それを必要とするすべての患者に確実に提供できるようにする。そのためには、製薬企業やバイオテクノロジー企業が医薬品の開発への投資に対して国民医療制度が想定できる合理的な価格で補償されるという正当な権利を両立させなければなりません。
最近、カリフォルニア州パロアルトの研究所の研究者らは、ISと呼ばれる細菌の小さな可動要素に基づく新しい遺伝子編集ツールを提案した。トランスポゾンは、ゲノムの異なる部分の間を飛び越え、どこからどこまでを制御できる。彼らはジャンプします。彼らは、出発点となる配列と目的地となる DNA 配列という 2 つの命令を含む小さな RNA 分子のおかげでジャンプの制御を実現します。
「ブリッジエディション」と呼ばれるこの最新の新しいツールの成功を判断するのはまだ時期尚早ですが、明らかなことは、何十億年もの間地球上に存在してきた細菌には、切断するための数多くの戦略を開発する時間があったということです。そして、核酸、DNA、RNAを複数の方法で修飾することですが、これについては私たちは研究し、理解し始めたばかりです。
Lluis Montoliuは、国立バイオテクノロジーセンター(CNB) の CSIC 研究者です。
