シリアル ブランドのように聞こえるかもしれませんが、CRISPR は、私たちの生涯における遺伝学における最も重要な革命の 1 つです。ここ数か月で、CRISPR-Cas タンパク質を使用して DNA の遺伝子配列を効果的に編集し、HIV を殺し、パックマンのようにジカ熱を食べ、 細菌のDNAにGIFを保存する 。
しかし、CRISPR の可能性にもかかわらず、これは非常に物議を醸す手順です。人の遺伝子構造を変えるにはDNA鎖を切断して完全に改変する必要があり、2つの新しい研究はそのような遺伝子編集技術を癌の増加に結びつけた.
論文は 1 つずつ ノバルティス そしてもう一つは カロリンスカ研究所 、 に発表されました自然医学、遺伝子治療技術は、腫瘍と闘う人の能力を弱め、癌を引き起こす可能性があると結論付け、CRISPRベースの遺伝子治療の安全性に対する懸念を引き起こしている.
でも少しバックアップしましょう。
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2 つの論文は、遺伝子 p53 に焦点を当てています。これまでの研究では、p53 遺伝子が正常に機能している場合、特定のヒトの腫瘍は発生しないことがわかっています。その結果、p53 は CRISPR-Cas9 によって行われた種類の変化からゲノムを保護するための自然な防御メカニズムとして機能します。 CRISPR-Cas9 が人の遺伝子構造を編集するために使用されると、p53 遺伝子はその防御にジャンプし、編集された細胞を自己破壊させることで効果的に殺します。実際、多くの試行で CRISPR 技術の進歩と有効性を遅らせたのはこの遺伝子です。
ただし、CRISPR-Cas9 が人のゲノムの編集に成功した場合は、特定の細胞の p53 遺伝子に欠陥があるか機能不全であることを示唆しています。これは、体が癌と戦う能力が低下していることに関連している可能性があります。特に、障害のある p53 は次の原因となる可能性があります。細胞は制御不能に成長して癌化し、卵巣癌、結腸癌、直腸癌。
修復しようとした損傷した遺伝子の修復に成功した細胞を選ぶことで、誤って p53 が機能していない細胞も選んでしまう可能性がある、と研究の著者であるカロリンスカ研究所のエマ・ハーパニエミ 説明 。遺伝性疾患の遺伝子治療のように患者に移植された場合、そのような細胞は癌を引き起こす可能性があり、CRISPRベースの遺伝子治療の安全性に懸念が生じます。
ただし、癌との関連があることは癌を引き起こすことと同じではなく、これら2つの研究の結果は予備として知られているものであり、結果を強化または却下するにはさらなる研究が必要であることを意味することに注意する必要があります.研究者たちは、CRISPR が危険であると言うのをすぐに遠ざけています。代わりに、彼らは有効な問題を提起し、臨床試験を進めている企業や科学者に、リンクに注意するようにアドバイスします。
研究はまた、非常に特殊なタイプの CRISPR 編集技術 (健康な編集済み DNA を挿入することによって病気の DNA を修正するために使用される Cas-9 タンパク質) にも焦点を当てており、他の形式の遺伝子編集が同様の懸念を引き起こすかどうかを確認するには、さらなる研究が必要です。確かに、以前の同様の批判に取り組む試みとして、ソーク研究所の研究者は最近、回避策を報告しました。遺伝子を編集するのではなく、いわゆるエピジェネティック (または遺伝子の上) CRISPR 手法では、遺伝子が切断されるのではなく、オンまたはオフに切り替えられます。
エピゲノムを変更することにより、科学者は DNA を直接変更せずに遺伝子の動作を制御することができました。遺伝子編集ではなく遺伝子改変。マウスを使った試験で、科学者たちは腎臓病、1 型糖尿病、筋ジストロフィーの症状を改善しました。アルツハイマー病を根絶する可能性も秘めています。
CRISPR-Cas9 とは何ですか?
CRISPR-Cas9 は、ターゲットを絞った方法で DNA を切断できるゲノム編集ツールであり、科学者が生命の構成要素を正確に編集できるようにします。少し有名ではない CRISPR-Cas1 と CRISPR-Cas2 のデュオと並んで、それが言及されているのを目にするでしょう。どちらも、DNA の断片をバクテリア自身のゲノムに切断します (詳細は後で説明します)。
Cas9 は、実際には 1980 年代に単細胞細菌の防御メカニズムの一部として初めて観察されました。これにより、細胞が不要な侵入者を確実に排除できるようになります。科学者は、この技術を応用することで、かつてないほどの速度、精度、精度でゲノム配列を標的にできることを発見しました。
CRISPR-Cas9 を、コンピューター ドキュメントの検索と置換の検索のように、単語の代わりに、遺伝子配列を編集していると考えてください。DNA を正確に改変することは科学の聖杯であり、その可能性は計り知れません。嚢胞性線維症、鎌状赤血球貧血、ハンチントン病などの遺伝性疾患でさえ、過去のものになる可能性があります。
CRISPR という名前は、あまりキャッチされないクラスター化された規則的な間隔で配置された短いパリンドローム リピートの頭字語です。 Cas 部分は CRISPR 関連を指します。
CRISPR-Cas9: どのように機能しますか?
CRISPR は、特定の細菌の自然発生的な防御の一部です。細菌は、侵入するウイルスを検出すると、外来 DNA のセグメントをコピーして、CRISPR 周辺の独自のゲノムに組み込むことができます。 Cas9 が切断を行い、Cas1 と Cas2 が細胞のゲノムに外部 DNA を挿入します。
ディズニープラスがバッファリングを続ける理由
次にウイルスが発見されたときには、CRISPR はゲノム配列の正確なコピーを確認する必要があります。そこで、Cas タンパク質が登場します。これは、DNA を切断し、信じられないほどの精度で不要な遺伝子を無効にすることができます。
または、 カール・ジマーが説明するように : CRISPR 領域がウイルス DNA で満たされると、微生物が遭遇した敵を表す分子として最も望まれるギャラリーになります。微生物は、このウイルス DNA を使用して、Cas 酵素を精密誘導兵器に変えることができます。微生物は、各スペーサーの遺伝物質を RNA 分子にコピーします。次に、Cas 酵素が RNA 分子の 1 つを取り込み、それを揺り動かします。同時に、ウイルス RNA と Cas 酵素が細胞内を漂流します。 CRISPR RNA と一致するウイルスの遺伝物質に遭遇すると、RNA はしっかりと固定されます。次に、Cas 酵素は DNA を 2 つに切り刻み、ウイルスの複製を防ぎます。
2012 年、カリフォルニア大学バークレー校の科学者は、 画期的な論文 CRISPR-Cas免疫システムを再プログラムして、遺伝子を自由に編集できることを示しています。 CRISPR-Cas9 は、特定の Cas タンパク質と、任意の遺伝子配列を識別および編集できるハイブリッド RNA を使用します。可能性は巨大です。
つまり、CRISPR はターゲットとする DNA 配列をリストし、Cas9 が切断を行います。科学者は正しいコードで CRISPR をプログラムするだけで、残りは Cas9 が行います。
これは、欠陥のある遺伝子にも当てはまる可能性があります。現在問題を引き起こしているセクションは、CRISPR-Cas9 で削除され、健全な遺伝子コードに置き換えられ、理論的には問題を解決できます。
CRISPR-Cas9: 人間に使用されたことがありますか?
はい、中国で 。科学者たちは、不妊治療クリニックから供給されたヒト胚を使用して、CRISPR-Cas9 を使用して、すべての細胞でベータサラセミアを引き起こす遺伝子を編集しようとしました。使用されたドナー胚は生育不能であり、生児出産には至らなかったことに注意する必要があります。
いずれにせよ、それは失敗し、非常にひどく失敗しました.86個の胚が注入され、48時間後に約8個の細胞が成長した後、71個が生き残り、そのうち54個が遺伝子検査されました.スプライシングに成功したのはわずか 28 個で、研究者が意図した遺伝物質を含むものはほとんどありませんでした。正常な胚でやりたいなら100%に近づける必要がある、研究主任 黄 Jung Jung Jungiは言った自然 。それが私たちがやめた理由です。まだまだ未熟だと私たちは考えています。
それに加えて、文書化されていない損害がさらに発生した可能性が非常に高いです。として ニューヨーク・タイムズ 説明します ：中国の研究者たちは、彼らの実験では、遺伝子編集が、彼らが文書化したよりも大きな損害をほぼ確実に引き起こしたと指摘しています。彼らは胚細胞の全ゲノムを調べませんでした。
ご想像のとおり、これは科学界で大量の論争を引き起こしました。
2016年11月 、中国の科学者の別のグループは、CRISPR-Cas9 を成人に初めて使用し、肺がん患者に、CRISPR によって修飾された患者の免疫細胞を注射して PD-1 タンパク質を無効にし、理論的には患者の体ががんと闘うようにしました。 .
次に、 調査 8月3日に発表された科学者たちは、遺伝性心臓病につながる可能性のあるDNAの欠陥のある部分を取り除き、ヒトの胚をうまく「編集」しました。これは画期的な成果であり、将来の人類において、約 10,000 の単一突然変異遺伝性疾患 (つまり、単一の欠陥遺伝子によって引き起こされる疾患) を予防する可能性に道を提供しました。
CRISPR-Cas9 と倫理
中国の科学者は、生命に発展することのない胚を使用していましたが、人間の胚での実験については倫理的な懸念がありました。実際、中国の研究が発表されるわずか 1 か月前に、 アメリカの科学者のグループは、そうしないように世界に促しました 。
これの一部は、テクノロジーがいかに未熟であるかに起因しています.2012年以来のみアクティブに使用されており、この時点で完全に成熟していたら驚くべきことであることを忘れないでください.科学者は、現時点で人間に使用するにはあまりにも誤解されており、危険であると警告しており、中国の研究は確かにこの懸念を裏付けています.問題なく機能したとしても、何世代にもわたって予期しない結果が生じる可能性があるという懸念があります。
しかし、たとえそれが100%安全で成功したとしても、他の倫理的懸念がある.ハンチントン病や嚢胞性線維症などの致命的な遺伝性疾患を一掃する可能性を抑えるべきだと主張する人はいないが、CRISPR-Cas9は潜在的に変化の機会を提供する.人のことなら何でも。遺伝子配列さえ分かれば、理論上は編集可能です。
生命に影響を与える病気を出生前に取り除くことは、両親が赤ちゃんをより強く、より速く、より美しくデザインできるようになることとはまったく別のことです。これが人々に許可されるべきことであると認めたとしても、これが商業化され、富裕層だけがこれにより得られる追加の生活上の利点をすべて享受できるようになり、不平等に大きな影響を与える可能性があります。
CRISPR-Cas9: これまでに何が行われましたか?
もちろん、これらの倫理的問題は、記録に残っている唯一の胚の人体実験がこれほど注目を集めた後退を引き起こしたとき、100万マイルも離れたところにある.ただし、CRISPR-Cas9 は現在、小規模なテストで非常に有望な結果を示しています。
例が含まれます ヒト細胞におけるHIV感染予防 、 マウスの遺伝病を治す そして 標的とされた突然変異を持って生まれた一対のサル 。
CRISPR は、DNA 内にデータを保存する効果的な手段としても浮上しています。 2017 年 3 月、ニューヨーク ゲノム センターの 2 人の研究者が、 理科 ジャーナル、DNA 分子に圧縮ファイルを保存する方法を詳しく説明します。 DNA のヌクレオチド塩基にマッピングできるバイナリ コードにファイルを変換するためのアルゴリズムの助けを借りて、研究者は合計 6 つのファイルをエンコードすることができました。1948 年の学術論文、パイオニア プラーク、オペレーティング システム、ウイルス、1895年の映画La Ciotat 駅に到着…そして50ドルのAmazonギフト券。
数か月後、ハーバード大学医学部の科学者チームが ループするビデオ クリップを生きた大腸菌細胞の DNA にエンコードしました 。するためのシステムを開発することを目的としています。分子レコーダ – 周囲からの自身の情報を記録できる DNA。これは、土壌汚染の監視から、神経活動の理解に革命を起こすまで、あらゆることに使用できます。
DARPA の Safe Genes プログラムの一環として、7 つのチームにはハーバード大学医学部の Amit Choudhary 博士が率いるチームはマラリアを蔓延させる蚊を制御する方法を開発しています。ハーバード大学医学部の 2 番目のチームは、CRISPR を使用して放射線によって引き起こされる突然変異を検出し、元に戻そうとしています。ジョン ゴッドウィン博士が率いるノースカロライナ州立大学のチームは、侵入種を管理するためにラットの遺伝子ドライブ システムを標的にすることを目指しています。一方、カリフォルニア大学バークレー校は、CRISPR を使用してジカウイルスとエボラ ウイルスを標的にしたいと考えています。プロジェクトとチームの詳細の完全なリストは、DARPA の Web サイトから入手できます。
さらに最近では、東京大学の構造生物学者である Nureki Osamu Nureki が、CRISPR が DNA をリアルタイムで編集する驚くべき映像を共有し、彼のチームの最近の論文がジャーナルに掲載されました。 ネイチャーコミュニケーションズ 。下のクリップは、編集を行う前に CRISPR が DNA を検索している様子を示しています。 DNA の鎖が切断されていることがわかります。
映像は当初、出席者に公開された。 CRISPR 2017 6月に開催された懇親会。論文はこの会議に続いて提出され、11 月 10 日に公開されました。
CRISPR-Cas9: 英国に来る予定ですか?
はい。 幹細胞研究者 イギリスで 許可を求めた 初期の人間の発達を理解し、流産の可能性を減らすために、人間の胚を改変すること。 2016 年 2 月には、ヒト受精・発生学局 (HFEA) が許可を与えました。
CRISPR-Cas9: CRISPR が悪いのはなぜですか?
前述のように、Cas9 は約 20 塩基長の遺伝子配列しか認識できません。つまり、より長い配列を標的にすることはできません。さらに重要なことに、酵素は依然として間違った場所で切断することがあります。これがなぜなのかを理解すること自体が重要なブレークスルーになり、それを修正することはさらに大きくなります。
そしてもちろん、CRISPRが人間の胚でひどくうまく機能しなかったという問題と、より最近の癌との関連があります.
CRISPR-Cas9: 誰が所有していますか?
それは答えるのが簡単な質問ではありません。驚くべきことに、CRISPR は特定の細菌で自然に発生していることを考えると、現在進行中の特許争いの対象となっています。
技術レビュー説明します CRISPR-Cas9 が最初に記載されたのは理科2012 年、カリフォルニア大学バークレー校のジェニファー ダウドナによって、ブロード インスティテュートの Feng Zhang は、自分が最初に発明したことを証明する実験ノートを提出して、この技術の特許を取得しました。
特許権を最初に提出するということは、これが Doudna に付与されることを意味しますが、その決定は、Zhang に有利なルールを発明する最初に基づいて決定された可能性があります。最終的には、 この事件は2017年2月に解決された カリフォルニア大学バークレー校はCRISPR-Cas9をあらゆる生細胞で使用する特許を取得し、ブロードはあらゆる真核細胞、つまり植物や動物の細胞でCRISPR-Cas9を使用することについて、米国特許審判部が決議した.
画像： ペトラ・B・フリッツ 、 ビーダン 、 NIH画像ギャラリー 、および スティーブ・ジャーベットソン クリエイティブ・コモンズの下で使用
