Jennifer Doudna と Emmanuelle Charpentier は、ゲームを変える遺伝子編集技術の発見により2020年のノーベル化学賞の賞を共有する。 Credit: Alexander Heinel/Picture Alliance/DPA
それはCRISPRである。 革新的な遺伝子編集技術を開拓した2人の科学者が、今年のノーベル化学賞を受賞しました。
ノーベル委員会は、現在ベルリンのマックス・プランク病原体科学ユニットのエマニュエル・シャルペンティエとカリフォルニア大学バークレー校のジェニファー・ダウドナを選出し、CRISPR-CAS9 遺伝子編集ツールの開発で誰が認められるかについての長年の憶測に終止符を打ったのです。 この技術はゲノムの正確な編集を可能にし、2010年代の開始以来、世界中の研究室を席巻しています。 研究者たちは、病気を取り除くために人間の遺伝子を変更したり、より丈夫な植物を作ったり、病原菌を一掃したりするために、この技術を使うことを望んでいます。
「DNAを望む場所に切断する能力は、生命科学に革命を起こしました」と、生物物理化学者でノーベル化学委員会のメンバーでもあるPernilla Wittung Stafshede氏は受賞発表で述べていました。 “遺伝子のハサミ “はわずか8年前に発見されましたが、すでに人類に大きな恩恵を与えています。”
ダウドナとシャルペンティエと彼らの同僚は、このシステムを特徴付ける重要な初期の仕事をしましたが、他の何人かの研究者が、CRISPRの開発における重要な貢献者として引用され、他の注目すべき賞でも認識されています。 その中には、マサチューセッツ州ケンブリッジにある MIT およびハーバード大学ブロード研究所の Feng Zhang 氏、マサチューセッツ州ボストンのハーバード大学医学部の George Church 氏、リトアニアのヴィリニュス大学の生物化学者 Virginijus Siksnys 氏が含まれます (「CRISPR の多くの先駆者」参照)。
Doudna は「本当に熟睡」中に電話のブザーで起こされ、ニュースを伝えた Nature 誌記者からの電話に出ましたが、その時は、このニュースは伝えられていなかったそうです。 「私はハワイの小さな町で育ちましたが、こんなことが起こるなんて1億年も想像していませんでした」とダウドナさんは言います。 「本当に唖然としています。完全にショックを受けています」
「私は、素晴らしい科学者であるという事実とは全く関係のない理由で、これを受け取ることができない多くの素晴らしい科学者を知っています」と、ダウドナさんは言います。 と、ダウドナ氏は言います。「私は、本当に謙虚になりました」
バクテリアから生まれた
CRISPR（クラスタード・レギュラー・インタースペースド・ショート・パリンドロミック・リピート）は、微生物の「免疫システム」で、バクテリアとアーキアの原核生物がファージというウイルスによる感染を防ぐために使用します。 その中核となるCRISPRシステムは、原核生物に、ファージやその他の侵入者に一致する正確な遺伝子配列を認識し、特殊な酵素を使ってこれらの配列を破壊する能力を与えます。
以前の研究では、CRISPR関連タンパク質（Cas）として知られるこれらの酵素が特定されており、Cas9というものもありました。 しかし、最初はウィーン大学で、後にスウェーデンのウメオ微生物研究センターで研究していたCharpentierは、CRISPRシステムのもうひとつの重要な構成要素である、ファージ配列の認識に関与するRNA分子を、人間に病気を引き起こす細菌Streptococcus pyogenesの中から特定しました。 2012年の『Science』誌の画期的な論文で、2人はCRISPR-Cas9システムの構成要素を分離し、試験管内で機能するように適合させ、分離したDNAの特定の部位を切断するようにシステムをプログラムできることを明らかにした1。 このプログラム可能な遺伝子編集システムは、医学、農業、基礎科学における無数のアプリケーションのゴールドラッシュを刺激し、CRISPRを微調整、改良し、他の遺伝子編集ツールを特定するための研究が続けられています。 「私たちがまったく理解していなかったのは、この技術がこの分野の他の研究者にどれだけ早く採用され、推進されるかということでした」
CRISPR の多くのパイオニア
フランシスコ・モヒカなくして CRISPR は存在しません。 スペインのアリカンテ大学の微生物学者は、このシステムに名前をつけるのに貢献しました。 1993年、モヒカは古細菌ハロフェラックスのゲノムに特異な反復性DNA配列を発見した。 その後、同様の配列が原核生物に広く存在し、細菌に感染するウイルスであるファージの遺伝物質と一致することを示しました
2005年にモヒカは、これらの配列が微生物の免疫システムの一部であるという仮説を立てました。 モヒカは、オランダのユトレヒト大学のルード・ヤンセンとともに、現在ノーベル賞を受賞している略語を思いつきました。 CRISPRとは、Clustered regularly interspaced short palindromic repeats（クラスター・レギュラー・インタースペーシング・ショート・パリンドロミック・リピート）の略称である。 CRISPRの研究により、モヒカは2017年に50万米ドルのアルバニー・メディカル・センター医学賞を、ニューヨークのロックフェラー大学のシャルペンティエ、ダウドナ、フェン・チャン、ルシアーノ・マラフィニと共有しました。
ダウドナとシャルペンティエは、CRISPRシステムが他のDNA片を切断するようにプログラムできることに気付いた唯一の科学者ではありませんでした。 2012年、つまり二人がCRISPR-Cas9システムが孤立したDNAを切断できることを示す実験を発表した頃、リトアニアのヴィルニウス大学の生化学者Virginijus Šikšnysが率いるチームは、Cas9酵素があらかじめ定義されたDNA配列を切断するように指示できる方法を示しました。 2018年、ŠikšnysはDoudna、Charpentierと共同でKavli Prize in Nanoscienceを受賞しています。
ノーベル委員会がZhangを含めなかったことは、最大の驚きの一つであった。 この遺伝学者は、シャルペンティエ、ダウドナとともに、CRISPRでノーベル賞を受賞する可能性が最も高いトリオとして、一般に名前が挙がっていたのです。 Zhang氏のチームは、2013年初めにScience誌に発表した論文で、CRISPR-Cas9システムを改良し、ヒトとマウスの細胞でゲノムを正確に切断することを明らかにした。
韓国のテジョンにある基礎科学研究所のゲノムエンジニアで、CRISPRをさまざまな異なる細胞でのゲノム編集に最初に適用した1人であるJin-Soo Kim氏は、ノーベル賞の発表に興奮しているものの、ソルトレイクシティのユタ大学の生化学者Dana Carroll氏が見落とされていることに驚いていると語っています。 キャロルは、CRISPRの時代よりもずっと前に、ジンクフィンガーヌクレアーゼと呼ばれる他の酵素をゲノムの編集に展開する方法を開発していたのです。
CRISPRはジンクフィンガーヌクレアーゼよりも使いやすいのですが、キム氏はキャロルをゲノム編集分野の創始者と考えているそうです。 “ダウドナやシャルペンティエが評価に値するのは間違いありません。”と彼は言います。 「しかし、亜鉛フィンガーヌクレアーゼによるゲノム編集の実証がなければ、CRISPR-Cas9のゲノム編集への利用を想像できた人は多くなかったでしょう」
Race to commercialize
10年も経たないうちに、研究者はCRISPR-Cas9を用いてゲノム編集された作物、昆虫、遺伝モデル、実験的ヒト治療法を開発するようになった。 鎌状赤血球症、遺伝性失明症、癌の治療にこの技術を使用するための臨床試験が進行中です。 Doudna、Charpentier、およびこの分野の他の人々は、これらの目標を達成するために技術を開発することを目的としたバイオテクノロジー企業の世代を立ち上げました
しかし、この技術はまた、特にヒト細胞におけるその初期のアプリケーションについて、論争を生み出しています。 2018年11月、中国の生物物理学者であるHe Jiankuiは、彼と彼の同僚がCRISPR-Cas9を使って編集した胚から双子の女の子が生まれたと発表しました。 このニュースは反発を呼びました：胚の編集は倫理的、社会的、安全性に関する多くの懸念を引き起こし、世界中の多くの研究者がすぐにHeの仕事を非難したのです。
9月には、米国と英国の主要な科学会によって招集された国際委員会が、この技術は着床する予定のヒト胚に使用する準備ができていないと再度結論付けました。
この研究は、主にブロード研究所とカリフォルニア大学バークレー校の間で、CRISPR-Cas9 ゲノム編集の有利な知的財産権を誰が所有しているかをめぐる激しい特許争いに火をつけ、今日に至っています。 チャーチ氏は、自分の研究室とチャン氏の研究室での研究を誇りに思っています。哺乳類の細胞で機能するようにシステムを適合させ、人間の病気のモデル化と治療の可能性への扉を開いたのです。 「メリーランド州ベセスダにある米国国立衛生研究所の所長で遺伝学者のフランシス・コリンズ氏は、賞を授与する発見を特定することは常に困難であると述べています。 「事実上、何もないところから生まれるのです」と彼は言います。 「しかし、CRISPR-Cas9によるゲノム編集のユニークな側面の1つは、その技術の容易さと汎用性であると、彼は付け加えます。 “CRISPR-Casは、これをとても受け入れやすくしました “とコリンズ氏は言います。 「私が知る限り、CRISPR-Casを使い始めていない分子生物学研究室はありません」
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