【メリット・課題】CRISPR-Cas9(クリスパーキャスナイン)をわかりやすくまとめ

CRISPR-Cas9DNAを簡単にカット&貼り付けできるゲノム編集の技術です。

クリスパーキャス9ってすごい技術なんだよ!!とTVなどで言われてもいまいち分からないという方も多いと思います。

そこでこの記事では、CRISPR-Cas9(クリスパーキャス9)について、原理やメリット・デメリット・課題について本などの内容からわかりやすくまとめています。

CRISPR-Cas9(クリスパーキャス9)をわかりやすく解説

CRISPR-Cas9(クリスパーキャス9)とは、簡単に言うと

生物(植物含む)のDNAを簡単に自由自在に切り貼りできるゲノム編集の技術です。

※ゲノムとは、DNA( デオキシリボ核酸 A-T G-C)の遺伝(タンパク質の設計図)情報すべてのこと

参考:京都大学

クリスパーキャス9の構造は

ガイドRNA → DNAを切る場所までガイドする案内役

Cas9(キャスナイン) → ハサミのようなもの。酵素

に分けることができます。

簡単なCRISPR-Cas9(クリスパーキャス9)の仕組み・原理

CRISPR-Cas9(クリスパーキャス9)はDNAから指定された遺伝情報の場所をガイドする案内役である「ガイドRNA」と、DNAを切断するハサミのような役割の「Cas9」という酵素からできている。

ガイドRNAがDNA上の遺伝情報をみつけだし、キャス9がその場所でDNAを切断(2重らせん構造になっているが2本とも切断)することで、遺伝子を削除したり置き換えたりすることができる。

さらに、導入したい遺伝子をプラスミド(自然界に存在する環状のDNA)に挿入して改編することも可能である。

もとは「細菌」の免疫の仕組み

CRISPR-Cas9(クリスパーキャス9)はもともと「細菌」の免疫の仕組みである。

ガイド RNA にはバクテリアないしはその祖先を攻撃したウィルスの塩基配列が記録されている。

このガイド RNA は記録された情報に合致する塩基配列( DNA) を持つウイルスを探す。

この塩基配列を標的とするウイルスの塩基配列を分子的なハサミのようなもので切断しウイルスを殺してしまう。(二重らせん構造の2本の鎖を両方同じ場所で切断する)

この技術をあらゆる生物の DNA に適用できると考え応用したのが、ノーベル賞を受賞したエマニュエル・シャルパンティエ氏とジェニファー・ダウドナ氏である。

CRISPR-Cas9(クリスパーキャス9)のメリット

ゲノム編集が

  • 簡単
  • 安い
  • 短時間
  • 失敗が少ない

※クリスパーキャス9が出てくる前は遺伝子組み換えであったが、成功率が低く、時間も費用もかかるし応用もできなかった。

CRISPR-Cas9(クリスパーキャス9)と遺伝子組み換えの違い

ゲノム編集といえば、クリスパーキャス9の前は遺伝子組み換えが主流でした。

そこで、クリスパーキャス9と遺伝子組み換えの違いを表にまとめました。

CRISPR-Cas9

(クリスパーキャス9)

遺伝子組み換え
成功率 ◎ 高い(DNAの狙った所を切断・改変できる) ✖ 低い(DNAを好きなところで切れない)
お金 ◎ 低コスト ✖ かかる
時間 ◎ 数時間~数日 ✖ 数カ月~(何世代か交配しないといけないことも)

✖ 複数ステップ組み合わせる必要

汎用性 ◎ 応用できる

魚→稲等への応用可能

✖ 応用できない

魚→稲等への応用は出来ない

扱いやすさ ◎ 素人でも扱いやすい ✖ 難しい
自由度の高さ ◎ 父母両方のDNAを1度で改変できる

1回で複数遺伝子を改変できる。

犬くん
犬くん
今までの遺伝子組み換えと比べると、まさに画期的な技術!!

CRISPR-Cas9(クリスパーキャス9)のデメリット

(探した限り)特に無し。

課題については後述しています。

CRISPR-Cas9(クリスパーキャス9)の利用

CRISPR-Cas9(クリスパーキャス9)の利用方法についてです。

【畜産】食糧増産で食糧不足の解決

短時間に低コストで自由に品種改良(腐りにくいトマトや肉の量を増やした豚など)できることから、食糧増産が可能となり世界の食糧問題の解決に繋がる可能性。

【医療】遺伝子変異の病気の治療

狙った遺伝子変異をピンポイントで修正できることから、遺伝子変異で起こる難病治療(血友病、サラセミア他)やがん、パーキンソン病の治療などに用いられつつある。

治療方法としては、正常型遺伝子を組み込んだウイルスベクタープラスミドDNAなどを直接あるいは間接的に投与する方法が主流で、

「生体内遺伝子治療」と「生体外遺伝子治療」に分けられる。

*ベクター(vector)=遺伝子の運び屋

画像:日本産婦人科医会より

※生体外:患者の細胞を取り IPS 細胞などを作って遺伝子治療と遺伝子導入(ゲノム編集)した細胞を患者の体に再度戻す。

※生体内:患者の細胞に遺伝子を体内へ直接導入する

 

遺伝子治療の有効性が確認されている疾患

①遺伝(サラセミア、脊椎性筋萎縮症、重症複合免疫不全症など)
・先天性免疫不全症:ADA 欠損症,X-SCID,Wiscott・Aldrich 症候群.レトロウイルス/ レンチウイルスベクターを造血幹細胞に導入するex‥vivo 遺伝子治療.
・サラセミア:レンチウイルスベクターを造血幹細胞に導入するex‥vivo 遺伝子治療.
・遺伝性神経変性疾患:副腎白質ジストロフィー(ALD),異染性白質ジストロフィー(MLD): レンチウイルスベクターを造血幹細胞に導入するex vivo 遺伝子治療(遺伝子導入細胞がBBB を超えて脳内に侵入)
・血友病:AAV ベクターを血液経由に肝臓に導入するin vivo 遺伝子治療(肝臓から持続的に凝固因子を分泌させる酵素補充療法)

②神経疾患(パーキンソン病,AADC 欠損症)
AAV ベクターを脳内注射するin vivo 遺伝子治療

③眼疾患(レーベル性先天性網膜黒内症、遺伝性網膜疾患)
AAV ベクターを眼内注射するin vivo 遺伝子治療

④悪性腫瘍(がん)

増殖を支持する遺伝子の抑制や免疫抑制をする遺伝子のブレーキを解除するように遺伝子の修復や補充を行い治療する。

増殖抑制(CDC6shRNA)やがん抑制遺伝子を修復(P16、PTEN、P53、TRAIL)する遺伝子情報をベクターにゲノム編集で組み込む。

・固形癌
アデノウイルスベクターを腫瘍内注射するin vivo 遺伝子治療

・造血器腫瘍(白血病,リンパ腫)
レトロウイルスやレンチウイルスベクターをリンパ球に導入するex vivo 遺伝子治療(腫瘍抗原に結合するT 細胞レセプター(TCR)やキメラ抗原レセプター(CAR)を発現するT 細胞を使った養子免疫療法)

※〇〇ウイルスベクター=〇〇ウイルスを運ぶ役割をする

その他

〇アルツハイマー:進行してしまった後のアルツハイマーなどでは元に戻らないためクリスパーキャス9での治療が難しい。

〇ダウン症:基礎研究段階

日本産婦人科医会より

【医療】薬や治療技術の開発

ゲノム編集で免疫不全を発症させた猿やノックアウトマウスなど疾患モデル動物を簡単に作れるようになった。

(これまでは何代も交配しなければならなかったが、クリスパーキャス9ならすぐに作れる)

これにより疾患モデル動物を使った薬や治療技術の開発が期待できる。

CRISPR-Cas9(クリスパーキャス9)の今後の課題

CRISPR-Cas9(クリスパーキャス9)の今後の課題についてです。

オフターゲット効果(狙った場所から外れること)がある

狙った場所から外れてしまう可能性がある。

しかし、失敗が許されない人間に応用するには成功率が100%近くなければならない。

※現在はかなり割合が少なくなっている。

デザイナーベイビー(容姿などを自由に決めた赤ちゃん)など倫理的問題

デザイナーベイビーとは容姿や知能、運動能力を自由に決めた赤ちゃんのこと。

医療とデザイナーベイビーとの境界線がはっきりしていない(知的障害でIQが低い→どこまで上げてもいいのか、目が悪い、ハゲなどは病気かなど)。

特に受精卵や卵子・精子などの生殖細胞を改変すると世代を超えて子や孫の世代へと受け継がれる。

また、失敗して別の病気を引き起こす可能性もある。

生態系への影響

利用により生態系が壊れる可能性がある。また、どんな変化があるかが未知数である。

上にも書いた通り、受精卵や卵子・精子などの生殖細胞を改変すると世代を超えて子や孫の世代へと受け継がれる。

法律の整備が追い付いていない

ゲノム編集に対してのルールや法律が整備されていない。

ゲノム編集は痕跡が残らないことから改変されていても分からない。

CRISPR-Cas9(クリスパーキャス9)についてまとめ

「ヒトゲノム編集国際会議」は人の生殖細胞や受精卵のゲノム編集は基礎研究については適切な法的倫理的なルールのもとに行われるべきとしている。

臨床応用については記述が正確不十分である危険があり害の予測ができないと述べている。

 

素晴らしい技術ですが、まだまだ発展途上ではあります。

今後の研究により幅広い応用が期待されています。

 

参考

ゲノム編集とは何か 「DNAのメス」クリスパーの衝撃:小林雅一/著 講談社 2016.8

ゲノム編集の衝撃 「神の領域」に迫るテクノロジー:NHK「ゲノム編集」取材班/著 NHK出版 2016.7

デザイナー・ベビー ゲノム編集によって迫られる選択:ポール・ノフラー/著 丸善出版 2017.8

日本産婦人科医会HP

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