CRISPRが遺伝子工学の可能性を拡張

Rebecca Kreipke博士による、CRISPR技術で研究者が目標を達成するためのポイント

遺伝子エンジニアリングに革命をもたらしたCRISPR技術。細菌の免疫システムの一部として発見されたCRISPRは、ゲノムを正確に標的として改変することができます。CRISPR関連タンパク質（Cas9）を使ってDNAの特異的な位置に二本鎖切断を作ることで、科学者は遺伝子を破壊したり、相同組換えによって新しい遺伝物質を導入したりすることができます。

しかし、CRISPRの可能性は従来の遺伝子編集の域をはるかに超えています。ここでは、SelectScienceがモレキュラーデバイスのフィールドアプリケーションサイエンティストマネージャー、Rebecca Kreipke博士と対談し、モレキュラーデバイスの製品が科学者のCRISPR編集のニーズの達成をどのように支援できるかについて詳しくご説明します。

従来の遺伝子編集を超えたCRISPR

CRISPRテクノロジーは、もともと遺伝子編集の能力で称賛されていましたが、エピジェネティクス、診断学、治療学などの他の分野でも重要な役割を果たすように発展してきました。このような拡大は、CRISPRの多用途性を強調するだけでなく、生物学や医学の様々な分野に革命をもたらす可能性をも示しています。

エピジェネティクス： DNAを変えずに遺伝子発現を変化させる

エピジェネティクスとは、DNAの塩基配列を変化させないメカニズムによって遺伝子発現を制御することです。CRISPRは、このようなエピジェネティックなマークを改変するアダプターであり、遺伝子の活性を正確に制御する強力なツールをご提供します。

CRISPR技術は、DNAメチル化やヒストン修飾といった遺伝子発現の主要な制御因子を標的とすることが可能です。これらのCRISPRコンポーネントをプラスミドベクターを介して細胞に導入することで、特定の遺伝子の発現を誘導または抑制することができます。特に注目されているのが、切断機能を持たないCas9（dCas9）にエピジェネティック修飾因子を融合させた改良型CRISPRシステムです。このシステムでは、DNAを切断することなく、遺伝子の活性化またはサイレンシングが可能となります。このような技術は、がんや神経疾患などの複雑な病態の解明に向けて、世界中の研究者によって積極的に活用されています。

「基礎生物学の理解が深まるにつれて、エピジェネティック修飾のようなプロセスをより効率的にする、より洗練されたツールが開発されています。「これらの進歩は、遺伝子エンジニアリングへのアクセスを民主化し、より多くの研究室が参加し、イノベーションを起こすことを可能にします。

モレキュラーデバイスのPlasmid Mini-Prep Bundleのような自動化プラスミド生産技術は、効率的なワークフローに不可欠です。Plasmid Mini-Prep Bundleは、形質転換から精製までのプラスミド調製プロセスを合理化するために設計された完全自動化プラットフォームです。このシステムは低～中スループットをサポートし、プラスミド生産の効率と一貫性の向上を目指す研究ラボに最適です。検証済みのプロトコルとコンパクトな設計により、Plasmid Mini-Prepシステムは高品質な結果とスケーラビリティを保証し、研究者は外部サービスを利用することなくワークフローを完全に制御することができます。このビデオでプロセスの詳細をご覧ください。

診断：迅速で正確な病原菌検出

「CRISPR診断によって、高い感度と特異性で病気を検出することができます。」

 CRISPRは、病原体や遺伝的状態の迅速で正確な検出を可能にすることで、診断学に革命をもたらしています。SHERLOCK (Specific High-sensitivity Enzymatic Reporter Unlocking)やDETECTR (DNA Endonuclease-Targeted CRISPR Trans Reporter)などのCRISPRベースの診断ツールは、CRISPRの特異性を利用してウイルス、細菌、遺伝子変異の核酸を同定します。

プラスミドベクターは、これらのCRISPR診断に必要な成分を送達する上で重要な役割を果たしています。例えば、COVID-19のパンデミックの際、CRISPRに基づく検査が開発され、従来のPCR検査に代わるSARS-CoV-2 RNAを高精度で検出することができました。これらの検査では、Cas13aまたはCas12aタンパク質を用いて標的RNAまたはDNA配列を認識・切断し、その後蛍光シグナルで容易に検出することができます。

治療薬 CRISPRを用いた治療法の開発

CRISPRは治療、特に遺伝子疾患やがんの治療において計り知れない可能性を秘めています。プラスミドを使用して治療遺伝子とCRISPR装置を標的細胞に輸送することにより、研究者は遺伝的欠陥をその発生源で修正することができます。

このようなCRISPR技術の臨床応用は、遺伝性疾患の根本治療に新たな可能性をもたらしています。 特に、鎌状赤血球症では、造血幹細胞中のHBB遺伝子の変異をCRISPRで修正し、患者自身の体内に修正済みの幹細胞を移植することで、疾患の症状を根本から改善する治療法が開発されています。
さらに、CRISPRは以下の疾患に対しても治療法の開発が進められています：
・嚢胞性線維症（CFTR遺伝子変異の修正）
・デュシェンヌ型筋ジストロフィー（DMD遺伝子の修復）
・特定のがん（KRASやTP53などの変異を標的）
これらのアプローチは、疾患の原因となる遺伝子変異を直接修正することで、従来の対症療法では得られなかった長期的かつ根本的な治療効果を目指しています。

「個別化医療において、CRISPRは患者ごとに治療法を作ることを可能にします。「この精密さによって、個人の遺伝的体質に合わせた治療がより効果的で副作用の少ないものになります。」

モレキュラーデバイスのポートフォリオ概要

CRISPRおよび遺伝子編集プロジェクトの成功は、使用する装置の精度と効率と密接に結びついています。モレキュラーデバイスは、遺伝子研究ワークフローの精度、スループット、使いやすさを高めるために設計されたさまざまな製品をご提供しています。

Kreipke 博士は、モレキュラーデバイスの製品は「研究者の負担を軽減し、研究者が発見に専念できるように」設計されていると強調します。また、これらの製品は「研究者が意思決定の指針となる信頼性の高い高品質のデータを確実に入手できるようにするものです」。

• DispenCell シングルセルディスペンサーは、シングルセル単離を迅速、容易、かつ穏やかに行うために設計されたラボ自動化装置です。培養フードの無菌条件下でも、卓上でも、ラボのワークフローにシームレスな統合が可能です。この柔軟性と使いやすさにより、DispenCell™ はワークフローの合理化を目指す研究者にとって非常に貴重なツールとなっています。
• CloneSelect Imager FLは、哺乳類細胞のイメージングと解析のためのハイスループット自動化ソリューションです。この装置は、シングルセルからのコロニー形成を追跡し、正確で対物レンズの一貫した結果を保証する自動取得と解析を提供します。高コントラストのマルチチャンネル蛍光イメージおよび白色光イメージングを備えたCloneSelect® Imager FLは、モノクローナリティおよび遺伝子編集の検証を強化します。
• QPix XE微生物コロニーピッカーは、コロニーセレクションとピッキングのプロセスを合理化し、研究者は反復作業よりも発見に集中することができます。コンパクトなサイズでありながら精度に妥協はなく、拡張可能な自動化とラボオートメーション・ワークフローへの容易な統合を実現します。QPixはPlasmid Mini-Prep Starter Bundleの一部でもあり、形質転換から精製までのプラスミド調製を合理化するために設計された完全自動化プラットフォームです。

遺伝子工学におけるCRISPRの未来

CRISPR技術の未来は明るく、その応用範囲は従来の遺伝子編集にとどまりません。エピジェネティクスの分野では、CRISPRはDNA配列を変えることなく、正確な遺伝子発現の改変を可能にします。診断学では、迅速かつ正確な病原体の検出が可能。治療学では、欠陥遺伝子をその発生源で修正することにより、遺伝性疾患の治癒が期待されます。

Kreipke博士が言うように、「CRISPRにおける最もエキサイティングな発見は、おそらく私達が予期していないものでしょう。私達のツールがより洗練されるにつれて、生物学の理解や生物製剤の治療法を転換させるような新たな知見や応用が発見されるでしょう」。

現在進行中のCRISPR技術の開発は、医学と生物製剤における最も困難な問題のいくつかに対処することを約束しています。個別化医療から持続可能な農業に至るまで、CRISPRの応用の可能性は広大かつ多様です。継続的なイノベーションとコラボレーションにより、CRISPR技術は間違いなく遺伝子エンジニアリングの地平を広げ続け、生命の基本的な構成要素を理解し操作する私達の能力を前進させるでしょう。

この記事は SelectScienceに掲載されたものを 許可を得て転載したものです。