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CRISPR(クリスパー) 究極の遺伝子編集技術の発見(ジェニファー・ダウドナ+サミュエル・スタンバーグ)

本書は、発明と革命と使命の物語だ。

もちろん、科学の物語ではある。しかし、「科学の物語」というと、関係ない話に思える。そんなことはない。著者も冒頭で、【これからその技術と、私の物語を紹介しよう。それはあなた自身の物語でもある】と書いている。まさしくそうだ。この「クリスパー」という技術は、地球上に住むすべての人類(なんならすべての生命)に関係する。

ンなアホな、と思う人のために、まず紹介したい話がある。この「クリスパー」という技術、アメリカの諜報機関さえ懸念を感じている、という。アメリカの諜報コミュニティは毎年「世界の脅威に関する評価報告書(WTA)」を上院軍事委員会に提出するが、その中で「クリスパー」を含む「遺伝子編集技術」を、『国家ぐるみで開発されアメリカに大きな脅威を与える恐れのある「第六の大量破壊兵器」』として挙げていた。他の五つはというと、「ロシアの巡航ミサイル」「シリアとイラクの科学兵器」「イラン、中国、北朝鮮の核兵器プログラム」だそうだ(数が合わないような気がするが、本書にはそう書いてある)

などと書くと、「恐ろしい技術!」と思うかもしれないが、そんなことはない。いや、確かに悪用することは可能だ。しかしそれは、「クリスパー」が、遺伝子編集技術としては破格の「低コスト」と「使いやすさ」を実現しているからだ。「クリスパー」が登場する前にも、「ZFN」や「TALEN」と呼ばれる遺伝子編集技術は存在した。しかしそれらと比べて「クリスパー」は、以下のような圧倒的な優位性を持っている。

【このようなCRISPRの特性のおかげで、今日では基礎的な科学の知識しかもたない科学者の卵でさえ、ほんの数年前には考えられなかった離れ業ができる。「先進的な生物学研究所で数年かかったことが、今では高校生が数日間でできる」とは、この若い分野で古い格言のようになった言葉だ】

「これまで数年かかったことが、今では高校生が数日間でできる」なんて、何かの商品広告に書かれていたら、まず嘘だと判断するだろうが、科学の世界では時々こんなとんでもないものが生まれるのだ。

遺伝子編集技術というのは要するに、遺伝子の情報を書き換える技術だ。その中でも「クリスパー」は抜群の精度を誇る。「クリスパー」は、2012年に著者が共同開発した技術だが、早くも2013年には、中国の研究チームが、マウスの28億塩基からたった1塩基だけを変更する遺伝子治療を成功させた。かつて存在した「ZFN」や「TALEN」も、”理論上”は同じことが出来るはずの技術だったが、しかし実際に行うには困難を極めるものだった。「クリスパー」はそれを、専門的な技術指導を学ぶことなく、高校生でもできてしまう。冒頭で著者が、【ゲノム(全遺伝子を含むDNAの総称)を、まるでワープロで文章を編集するように、簡単に書き換えられるのだ】と書いている、まさにそのような手軽さで行えるのだ。

この技術は、遺伝子が直接的に関係していると判明している、ありとあらゆることに使うことが出来る。例えば使えない例を先に挙げよう。「数学が得意」というのは、ある特定の遺伝子によって決まっているわけではない。だから、「クリスパー」を使って遺伝子を書き換えても、数学が得意になることはない。しかし、遺伝子で決まっていることもたくさんある。「APOE遺伝子」はアルツハイマー病と、「IFIH1遺伝子」と「SLC30A8遺伝子」は糖尿病と、「DEC2遺伝子」は睡眠時間の短さと、「ABCC11遺伝子」は腋臭と関係している。

また世の中には、単一遺伝子疾患が7000以上も存在する。単一遺伝子疾患とは、一つの遺伝子の以上で起こる病気だ。これら、特定の遺伝子が関係しているものであれば、その遺伝子を「クリスパー」でちょちょいっと書き換えれば治せる。実際には、まだ実験室での研究に過ぎず、人間で実際に治療に使われたケースは稀だ(使わなければ死んでしまうという道義的使用で使われたケースがある)。著者も、実際の臨床に使われるのはまだ先のことだろう、と書いている。しかし「クリスパー」が、今まで成す術のなかった病気の治療に貢献できることは間違いない。

また、がん治療そのものに「クリスパー」が貢献することはないが、がん治療のための研究には貢献できるという。これまでは、細胞に求める変異を起こさせたり、何世代も繰り返し交配を行うことで望ましいモデルマウスを作り上げていたが、それらがん治療の研究に必要なものを生み出すのに「クリスパー」は絶大な威力を発揮するという。

本書の「使命」に当たる部分は、「クリスパー」という技術を生み出した著者が、その使用や研究にどのような倫理的な基準を設けるべきか模索するパートであり、それについてはまた後で触れるが、著者自身が「クリスパー」という技術に対してどんな感情を抱いているか、その一つ(著者は「クリスパー」に対して複雑な感情を持っているので、あくまで一つ)を抜き出そう。

【遺伝子編集が世界に圧倒的にポジティブな影響を多くもたらすことは否定しようがない。人間の遺伝的性質の解明が進み、持続可能性の高い食料生産や、深刻な遺伝性疾患の治癒が実現するだろう。それでも私はCRISPRの使われ方に危惧を抱くようになっていった。私たちの発見によって、遺伝子編集は簡単になりすぎたのだろうか?】

さてでは、そんな「クリスパー」という技術がどのように生み出されたのか書いていこう。非常に興味深いことだが、著者は、「クリスパー」のような遺伝子編集技術を生み出そうとはまったく思っていなかった。そもそも、動物や人間を研究の対象にしたことさえない。彼女はずっと、細胞内で働くRNAの研究という、どちらかというと地味なことをしていた。著者は、ジリアンという女性科学者と出会ったことで運命が変わった。彼女の表現を借りれば、【バークレーで眠りに落ち、目覚めたら火星にいた、というほどの大激変である】というとんでもない激変だ。しかしその話の前に、それ以前の遺伝子編集技術の流れを追っていこう。

かつては、ウイルスに遺伝子の運び屋(ベクター)をやらせ、特定の遺伝子を必要な箇所に届けるという「遺伝子治療」が行われていた。この「遺伝子治療」も、様々な発展があったが、ウイルスベクターの大量投与による死亡事例が発生したり、「遺伝子が欠落していることが原因の疾患」以外には効果がないなど、難点も多かった。

その後、実験室で作成されたDNAを直接導入する方法も使われるようになっていく。体内に必要なDNAを注入すると、勝手に取り込んでくれるのである。しかし当時は、その仕組が理解されていなかった。やがてそれは「相同組み換え」と呼ばれるプロセスだと分かっていく。これを利用することで、難しい手順無く遺伝子を改変できた。細胞に組み換え遺伝子を導入すると、細胞は自らの染色体の一部だと思い込む。そうすることで、ゲノム内の相同な遺伝子と組み合わせることが出来るのだ。この手法は「遺伝子編集」と呼ばれるようになった。

その後、この「遺伝子編集」と「相同組み換え」が何故実現するのかを考えた科学者が、「二本鎖切断」というモデルを考えた。これにより、必要な箇所に必要な遺伝子を送り込む方法が分かってきた。DNAは、切り離された末端部が特に結合を生じやすい。だから、ある箇所が切断された状態で、元々そこにあったのと近いDNAが近くにあれば、それが勝手に取り込まれるのだ。自然にDNAが損傷したと細胞に思い込ませ、そこに置き換えたいDNAを供給することで、切断部分を書き換えるのだ。そして、このモデルに基づいて行われた実験は、見事に成功した。

であれば、次なる問題は、「ここ!」という箇所で正確に切断する方法を見つけることだ。この切断のやり方の違いによって、「ZFN」や「TALEN」などの遺伝子編集技術が生み出されることになった。

さて、ここまでのことに、著者はまったく絡んでいない。著者が「クリスパー」を生み出す以前の状況がこうだった、という話だ。

さて著者は、細胞内のRNAの研究をしていたのだが、ジリアンという女性科学者から「クリスパー」という、聞いたこともないものを研究しているのだという。もちろんこれが、後に「クリスパー」と呼ばれることになる遺伝子編集技術の名前の元になるのだが、ここでいう「クリスパー」というのは、細菌(バクテリア)が持つDNAのある領域のことを指す。短い回文のような繰り返しの構造を持つ、奇妙なDNAだ。著者は当時、この「クリスパー」なるものをまったく知らなかった。

実は本書の解説で触れられているが、この「クリスパー」というDNAの領域を初めて発見したのは、日本の石野良純博士らだったという。

さて、当時この「クリスパー」について分かっていることは少なかったが、それでも著者の関心を引くには十分だった。「クリスパー」は、すべての原核生物に最も広く見られるものだ。また、当時はまだ仮説だったが、この「クリスパー」がウイルスと戦うために進化させた免疫機構ではないかと示唆する研究があり、しかもそれが、著者の専門分野であるRNAと関係があるかもしれない、というのだ。著者は【好奇心の震えが背筋に走】り、彼女と共同研究することに決める。

余談だが、当時著者は自身の研究室を率いており、そして仕事はパンパンに詰まっていた。誰か人を入れなければ、と思っている時にやってきた、研究室の博士研究員の採用面接にやってきた人物。何を研究したいか?と聞くと、なんと「CRISPRって、聞いたことありますか?」と質問してきたという。当時著者が初めて聞いたようなマイナーな分野にも関わらず、である。もちろん、即採用だ。

さて、その時に採用したブレイクを中心に、クリスパーの研究は進む。その結果分かってきたことは、クリスパーは【「分子の予防接種手帳」のような役割】を果たしているということだ。細菌が、過去に感染されたウイルス(バクテリオファージ)の記憶を、クリスパーに保存しているのだ。で、過去に自分が攻撃してきたバクテリオファージかどうか認識し、その情報を元に破壊する、という免疫機能だった。

さて、クリスパーの近くには、必ずある特定の遺伝子があった。それはcas遺伝子と呼ばれるようになる。cas遺伝子を構成するcasタンパク質内には、様々なcas酵素があった。それらについて調べていたが、しかし著者らが調べていたのは、Ⅰ型システムと呼ばれるクリスパーの酵素についてだった。もう一つ、Ⅱ型システムというのもあったが、そちらのことはよく分からないままだった。

そしてここで、また運命の出会いを果たす。プエルトリコで出会ったエマニュエルという女性科学者だ。彼女はⅡ型のクリスパーシステムについて研究しており、csn1(後に「cas9」と呼ばれるようになる)遺伝子がウイルスを切断する仕組みについて研究している、と話した。彼女の話を聞いて、Ⅱ型にも関心を抱いた著者は、エマニュエルと共同研究することとなった(この時も、マーティンという新たな人物を雇い、彼に任せた)。研究の結果、cas9酵素が特定の配列でDNAを切断することが判明した。

さて、ここまで来たら次の疑問を解消しなければならない。それは、「cas9は、どんなDNA配列でも切断できるようにプログラムできるだろうか?」 もしこれが可能なら、あらゆるDNAを、好きな箇所で切断できる。そして、適切な場所で切断ができれば、「二本鎖切断モデル」によって、勝手に細胞が必要な遺伝子を取り込んでくれる。つまり、完璧な遺伝子編集技術の誕生だ。

果たして、cas9は正確な位置でDNAを切断した、この瞬間、「CRISPR―Cas9(略してCRISPR)」が生まれたのだ。

本書は、そのような「発明」の物語である。

さてでは、先ほど少し触れた「使命」の話にもう一度戻ろう。

著者は、先ほど引用したように、この「クリスパー」という技術に大いに期待している。これまでまったく不可能だった、それこそSF小説の世界のようなことが、現実になるのだ。動物、植物、病気など、ありとあらゆる場面でプラスの効果が期待できる。

しかし、科学は時に、いわれなき誤解を受けることがある。例えば著者は、GMO(遺伝子組み換え)食品について触れている。著者の考えでは、GMO食品は科学的には安全なのだが、【根拠の薄い声高な非難や、世間の厳しい目、執拗な抗議にさらされて】、一定の批判が絶えない状況に触れている。僕個人は、「GMO食品が安全である」という意見にちょっと賛同できない(GMO食品に関するドキュメンタリー映画を見たことがあり、食品としての安全性の問題だけではなく、環境汚染や食産業の独占などの問題もある)。とはいえ確かに、一般の人からの誤解によって、科学技術が停滞してしまう、ということは確かにあると思う。それを避けるために、組み換えDNA技術が誕生した頃に、科学者が自ら立ち上がって、科学史上初めて【規制当局や政府の制裁措置がないなか、科学者が特定の種類の実験を自粛した】のだ。著者は、この「アシロマⅠ」と呼ばれる会議を参考にして、「クリスパー」に関しても同様の会議・シンポジウムを開き、科学者や一般の人への啓蒙を進めている。著者自身は、【実験室で作業をしたり新しい実験を進めたりする方がずっと好きだった】と書いているが、しかし、自分が生み出してしまった技術が、世界に悪夢を見させることになってしまっては寝覚めが悪い。自分が動くしかないと著者は決断するのだ。

確かに著者の懸念は、もっともなのだ。そもそもクリスパーの技術を使えば、生物兵器など簡単に作れるだろう。独裁国家がクリスパーを悪用しない、などという保証はどこにもない。また、これまで以上の精度で、生まれる前の子どもに遺伝子操作を行うことができてしまう。これによって、「お金がある人ほど遺伝子操作ができことで、社会経済的階層だけではなく、遺伝的階層ができてしまう可能性がある」とも危惧している。他にも、悪い可能性はいくらでもあるだろう。とにかく、誰でも安価に簡単に遺伝子編集ができてしまうのだから、使いみちなど無限大だ。

さらにクリスパーの技術を使って行われた遺伝子編集は、世代を超えて受け継がれる、という点が、これまでとまったく違う。これは、「生物の体内で通常行われている遺伝子のランダムな変異と同じである」という示唆でもあるが(例えば人間の身体であれば、毎秒約100万個の変異が起こっているという)、一方で、一度進んでしまったら元には戻れない、ということも意味している。だからこそ、慎重にも慎重を喫して判断しなければならないのだ。

だからこそこの「クリスパー」の物語は、全人類の物語でもあるのだ。

さて最後に。著者が巻末に書いているこんな文章に触れて終わろう。

【読者のみなさんにこの本から学んでほしいことを一つだけ挙げるとすれば、それは私たち人間が目的を定めない(オープンエンドな)科学的研究を通して、身の回りの世界を探究し続けなくてはならないということだ】

著者は、遺伝子編集の技術を開発しようとしたわけではない、と初めに触れた。恐らく、遺伝子編集技術の研究からは、この「クリスパー」は生まれなかっただろう。回文構造を持つ、なんだかよく分からないDNA領域に好奇心だけで興味を持ち、それがどういう研究結果に繋がるのか分からないままひたすら研究を続ける。そういう先にしかこの「クリスパー」という技術はありえなかったのだ。

【CRISPRの物語は、画期的発見が思いもよらない場所から生まれることを、そして自然を理解したいという強い思いに導かれるまま歩むことの大切さを教えてくれる】

ノーベル化学賞の最有力の最有力候補と言われている著者の言葉は、説得力がある。

ジェニファー・ダウドナ+サミュエル・スタンバーグ「CRISPR(クリスパー) 究極の遺伝子編集技術の発見」

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