ゲノム編集

2020年度のノーベル化学賞は,ゲノム編集の研究によって,ドイツのマックスプランク感染生物学研究所の,エマニュエル・シャンパンティエ博士とアメリカのカリフォルニア大学バークレー校のジェニファー・ダウドナ博士の2人が受賞しました。

 ゲノム編集とは,ゲノムDN中の任意の場所を一カ所だけ二本鎖切断し,特定の遺伝子を破壊したり,そこに新たなDNAを挿入したりする技術のことです。

これまで,ゲノムDNAの切断には,制限酵素が使われてきましたが,長いDNAの一カ所だけを切断することはできませんでした。そこで,細菌がもっているファージ感染の防御機構である,CRISPR/Cas9というシステムを利用して,ゲノムDNAの任意の場所を一カ所だけ切断できるようにしたのが,今回ノーベル賞を受賞した,ゲノム編集技術です。CRISPR/Cas9とは,Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats/CRISPR-Associated Protein 9を略したものです。

まず,はじめにCRISPR/Cas9システムについて,簡単に説明します。(図1参照)

細菌にファージが感染し,ファージDNAが細菌内に侵入すると,切断されて,スペーサー配列として細菌のゲノム中のCRISPR座位に取り込まれ,保存されたパリンドローム配列(回文配列)をもつ反復配列で分離されます。そこに,新たにファージが感染し,同一のファージDNAが細菌内に侵入すると,スペーサー配列がcrRNAと呼ばれる短鎖RNAとして発現します。このcrRNAは細菌ゲノムの別の場所から転写されたtracrRNAと呼ばれるRNAと反復配列部分で結合し,さらにcrRNAと相補的な配列をもつ新たに侵入したファージDNAと結合すると,tracrRNAに結合したCas9と呼ばれるタンパク質によって,ファージDNAを二本鎖切断し,ファージ感染を防御します。

 ゲノム編集では,CRISPR/Cas9システムのcrRNAの代わりに,切断したいゲノム上の塩基配列と相補的な配列をもつRNAとtracrRNAと連結したgRNA(ガイドRNA)を人工的に合成し,Cas9とともに,目的のゲノムをもつ細胞内に導入することにより,ゲノム上の任意の場所を二本鎖切断することができます。 その後,切断されたゲノムDNAが非相同末端結合(NHEJ)により修復すると,一部のDNAが欠失することにより,目的の遺伝子が破壊されます。これを,遺伝子ノックアウトといいます。また,二本鎖切断された場所に相同組換え修復(HDR)により,新たに別の遺伝子を挿入することもできます。これを,遺伝子ノックインといいます。(図2参照)

 最後に,ゲノム編集技術が遺伝子組換え技術と比較して優れている点をいくつか解説します。

1つ目は,遺伝子組換え技術では,外来の遺伝子を外から導入することはできますが,すでにある遺伝子を破壊することはできません。例えば,遺伝子組換え技術の一つである遺伝子治療では,機能しない遺伝子の代わりに正常な遺伝子を導入することはできますが,病気の原因となる異常な遺伝子自体を破壊することはできません。それに対して,ゲノム編集では,異常な遺伝子を破壊した上で,正常な遺伝子を導入することができます。

2つ目は,遺伝子組換え作物を栽培する場合には,カルタヘナ法により様々な制限があり,また遺伝子組換え作物自体が世の中に受け入れられていない現状があります。それに対し,ゲノム編集のノックアウトを使えば,特定の遺伝子を破壊するだけなので,カルタヘナ法に抵触することなく,ゲノム編集作物を栽培することができます。

 このように,ゲノム編集は,遺伝子を改変する新たなツールとして,注目を集めています。

関連記事

  1. AI技術を使って、新薬や新素材を研究する時代が到来!
  2. 最先端のプラスチック
  3. 豊かで快適な未来社会の一翼を担う“バイオセンサ”
  4. 乳酸菌について~アレルギー疾患・中性脂肪への効果~
  5. 味覚の不思議-味覚修飾物質-
  6. 地球温暖化ってなぁに?~ なぜ温暖化が起こるの?私たちの生活は大…
  7. 農業とゲノム編集
  8. 化学者と結晶化
PAGE TOP