人間の体は機械ではありません。しかし、遺伝学の進歩の速さを考えると、私たち自身を「修理」することは、間もなく不具合のある機械部品を交換することに似てくるかもしれません。
10月、2人の科学者が、遺伝性疾患を終わらせる助けとなる可能性のあるCRISPR/Cas9ゲノム編集技術を発明した功績により、300万ドルのブレークスルー賞生命科学部門を共同受賞しました。この技術は、患者から細胞を取り出し、損傷した遺伝子を修復してから、細胞を再び戻すことで、ハンチントン病などの疾患に対処するものです。
賞は、カリフォルニア大学バークレー校の化学・分子細胞生物学教授Jennifer Doudnaと、ドイツのハノーファー医科大学ヘルムホルツ感染症研究センター教授Emmanuelle Charpentierに共同授与されました。
以下は、Doudna教授へのインタビューを編集した記録です。
遺伝子を修復または置き換えることが重要なのはなぜですか？
この10年間、ゲノミクスは飛躍的に発展しました。ヒトゲノムの解読が行われ、ほかの多くの動植物のゲノム配列も明らかになりました。これにより、生命の暗号を読み取ることが可能になりました。遺伝性疾患につながる変異を持つものも含め、私たちは今、すべての遺伝子配列を把握しています。課題は、これまでこの情報に基づいて働きかけることが困難、あるいは不可能だったことです。ゲノムを操作し、疾患につながる遺伝子変異を修正するための優れた技術がありませんでした。そして、それを可能にするのが CRISPR/Cas9技術 です。細胞や生物のDNAに特定の変化を加え、そうでなければ疾患につながりかねない変異を修正できます。コンピューターのコードにたとえることができます。細胞のDNAは、コンピューターを動かすプログラムコードに相当します。コードを実行しようとしたときにエラーがあれば、コンピューターはうまく動きません。生物の細胞も同じです。DNAに変異があると、細胞が正常に成長し、機能する能力に影響します。その結果、嚢胞性線維症、ハンチントン病、筋ジストロフィーなどの遺伝性疾患が生じます。CRISPR/Cas9は、薬が細胞に及ぼす影響を研究できる精密なツールであるため、遺伝性疾患を治療する治療薬の開発に大きな影響を与えるでしょう。
この考えは、そもそもどのように生まれたのですか？
CRISPRは「clustered regularly interspaced short palindromic repeats（規則的に間隔をあけて集積した短い回文配列反復）」の略です。さまざまな細菌のゲノム配列を大量に解読していた科学者たちが発見した、細菌に広く見られる配列パターンを指します。彼らは、多くの細菌に共通する、非常に反復性の高い配列に気づきました。注目すべきことに、細菌のCRISPR配列の多くには、ウイルスに由来する短い配列が含まれていました。これは、CRISPR配列が細菌の免疫システムを担っている可能性を示す手がかりであり、その後の研究でそれが確かめられました。私たちは、それがどのように細菌をウイルス感染から守るのかに関心を持ちました。
では、細菌と人間のためのゲノム編集技術を、どのように結びつけたのですか？
私たちは、特定の細菌でCRISPR経路に不可欠な要素であることが遺伝学的に知られていた、Cas9というタンパク質の機能を解明しようとしました。実験により、Cas9はRNAによってプログラムされる酵素であり、タンパク質に結合した短いRNA断片と一致するDNA配列を切断できることが分かりました。私たちは、Cas9のこのRNA誘導活性を再設計し、細胞のゲノム内の特定の部位に二本鎖DNA切断を作ることで、遺伝子編集に使える方法を見いだしました。重要なのは、植物や動物の細胞は二本鎖DNA切断に応答して修復酵素を働かせ、切断を修復する過程で、その部位のDNAに変化を導入することです。この方法を使えば、欠陥のある配列を新しいDNA鎖に置き換えることができます。
CRISPR/Cas9によって、遺伝性疾患の終わりが近づいているのでしょうか？
遺伝性疾患の終わりの始まりかもしれないと思います。私は、CRISPR/Cas9技術が人々の病気や苦しみを和らげるという約束を果たし、治療法をできるだけ早くヒト臨床試験に進められるよう支援するため、Innovative Genomics Initiative（IGI）を立ち上げました。IGIは、カリフォルニア大学バークレー校とカリフォルニア大学サンフランシスコ校の共同事業です。研究者たちは、遺伝子変異が筋ジストロフィーや鎌状赤血球貧血などの疾患を引き起こすことを長年知っていましたが、CRISPR/Cas9以前には、こうした遺伝的欠陥を修正するための簡便で直接的な技術はありませんでした。今、このようなツールがあることで、幅広い治療法の可能性が開けています。私の研究室が注力する分野の一つは、遺伝的原因がよく知られている神経疾患、ハンチントン病です。私たちは、ハンチントン病を引き起こす変異を修正するため、CRISPR/Cas9システムの活用に懸命に取り組んでいます。同様の種類の遺伝子変異によって引き起こされる神経疾患は、ほかにも数多くあります。ハンチントン病に有効なツールを開発することで、この方法をほかの種類の神経疾患にも効果があるよう展開できると期待しています。
CRISPR/Cas9のおかげで、どの遺伝性疾患が近いうちになくなる可能性がありますか？
CRISPR/Cas9の最も驚くべき点の一つは、比較的簡単に使えることです。分子生物学の基礎的な訓練を受けた人なら誰でも、この技術を研究に活用できます。そのため私たちは、米国西海岸のイノベーション精神を最大限に生かし、治療法を人々に届ける歩みを加速させることを目指して複数のプロジェクトを立ち上げるため、IGI研究室を設立しました。鎌状赤血球貧血などの血液疾患は、CRISPR/Cas9治療の主要な標的です。この場合、血液に関わる遺伝性疾患の患者から血液幹細胞を取り出して編集・増殖させ、再び体内に戻します。編集された細胞は患者の体内で増殖し、新たな修正済み血液細胞の供給源となる可能性があります。ほかに、肝臓または眼の疾患があります。白内障や網膜色素変性症などです。これらの臓器では、影響を受けている細胞にこのような分子を導入しやすいのです。
ヒトゲノム計画の成果を生かすうえで、CRISPR/Cas9は生物医学研究者にどのような助けとなりますか？
ヒトゲノム計画が遺伝暗号を地図化したのだとすれば、Cas9によって私たちはそれを書き換えています。ヒトゲノム計画とCRISPR/Cas9技術は密接に結びついています。患者の遺伝子配列情報を得ることが極めて重要だからです。それほど遠くない将来、ゲノム配列解析の費用が下がり、多くの人が自分のゲノム配列を解析するようになれば、どのような疾患にかかりやすいかを正確に知ることが一般的になるでしょう。
CRISPR/Cas9は、遺伝子を修復する従来の技術とどう違うのですか？
ゲノム工学に用いるタンパク質ベースの技術として、「ジンクフィンガーヌクレアーゼ」や「TALEN」などがいくつかありました。これらは、ゲノム内の特定のDNA配列に結合し、その位置のDNAに二本鎖切断を導入できるよう、特定のタンパク質を設計するものです。しかし、切断または修正するDNA配列ごとに別のタンパク質を設計しなければならず、通常の実験でも多くのタンパク質設計と検証が必要です。Cas9との重要な違いは、同じタンパク質がどのDNA部位にも働くことです。特異性は、Cas9に結合するRNAによって決まります。標的を定める能力は短いRNA断片によってもたらされるため、Cas9のガイドRNAの配列を変えるだけで、この技術を簡単に調整できます。その結果、さまざまな種類のゲノム編集実験に使いやすい技術となっています。もう一つの大きな利点は、同じ細胞内でCas9に複数の異なるガイドRNAを組み合わせることで、一度の実験で同じ細胞のゲノム内の複数の部位に変化を導入できることです。こうした特性により、CRISPR/Cas9は洗練された強力な技術となっています。
キャリアの出発点に戻って、そもそもどのように科学の道に進んだのですか。また、この分野に女性を増やすには何をすべきだと思いますか？
私は科学者ではない家族のもと、ハワイで育ちました。昔から、物事がどのように動くのかに興味がありました。高校1年のとき、化学の先生は若い女性で、科学とは何かを生徒に教えるのがとても上手でした。事実を暗記するだけでなく、物事の仕組みを発見することだと教えてくれたのです。それにとても感銘を受け、自分も先生の足跡をたどれるかもしれないと思いました。大学では、生化学の教授のもとで働く幸運に恵まれました。その教授は、科学と教育の分野で成功した女性のすばらしい手本でした。ですから、良い指導者を得ることは非常に重要です。息子は中学1年生で、先日、学校に行って私たちの研究について短い発表をしました。参加した12歳の子どもたちの多くは女子で、放課後の自主参加の催しでした。発表後、何人もの子どもたちが私のところに来て、発表がとてもわくわくする内容だったと言ってくれました。今では科学や工学の分野に進む女性が増えているのはすばらしいことです。より多くの女性が若い生徒たちに話をし、この仕事への進路を勧めることが非常に重要だと思います。
世界経済フォーラムのKatia Moskvitchによるインタビュー
著者：Jennifer Doudnaは、カリフォルニア大学バークレー校の化学・分子細胞生物学教授です。彼女はダボスで開催される当フォーラムの2015年年次総会に出席し、22/1の午前10時15分（CET）に開催されるセッション「 ヒトの遺伝子を書き換える」にパネリストとして参加します。
画像：2010年3月18日に撮影されたファイル写真。イングランド北部マンチェスター近郊にある、世界最大の血液・尿サンプル冷凍保管施設Biobankで、固有の「2DID番号」が付いた空のサンプルチューブが、充填されるのを待っている。REUTERS/Phil Noble。
