AIは私たちのDNAを書き換えることができるのか? GATTACAはもはやSFではない

遺伝子編集から全ゲノム編集へ

最近まで、遺伝子組み換えは比較的粗雑で、標的生物に新しい遺伝子配列をランダムに挿入するものでした。また、その挿入方法は非常に破壊的でした。その結果、細菌と植物のみが日常的に遺伝子組み換えの対象となり、哺乳類（ヒトを含む）などの生物における遺伝子編集は複雑で、費用がかかり、時間もかかりました。

これはCRISPR技術によって部分的に変化しました。CRISPR技術は突然、正確で制御された遺伝子編集への道を開いたのです。 その結果、2023年末にヒトの遺伝性疾患に対する初の遺伝子治療が承認されることになる。.

しかし、CRISPRは複数、あるいは少数の遺伝子を編集するにはまだ不十分で、ゲノムの完全な改変は依然として実現不可能に思えます。

北京の中国科学院の研究者による画期的な発見により、この状況は一変するかもしれない。彼らは、染色体全体の大部分を改変できる新たな手法を発表し、遺伝子編集をゲノム全体編集に置き換える道を開いた。

彼らはその結果を権威ある科学誌「Cell」に発表した。¹』というタイトルで、キロベースからメガベーススケールにわたる効率的かつ正確なゲノム工学のための反復組換え技術"。

遺伝子編集とゲノム編集

CRISPRとその他の関連技術のおかげで、「ベース編集」により、望ましくない非標的編集を起こさず、また標的の遺伝子配列に損傷を残すことなく、特定の遺伝子を改変することが可能になった。 複数の遺伝子を一度に編集することも可能になりつつある.

しかし、染色体の大きな部分を移動または編集することは非効率的である傾向があり、その結果、ほとんどの細胞はその過程で変更されたり損傷されたりしないため、複雑な生物に対して生体内で行われる可能性は低くなります。

最も一般的に使用されているシステムは、バクテリオファージの Cre リコンビナーゼとゲノム内の LoxP 部位の繰り返し配列を使用する、いわゆる「Cre-Lox」ゲノム編集システムです。

出典： ベクタービルダー

lox 部位の対称性により、時には可逆的な組み換え反応が起こり、望ましい編集が元に戻ることがあります。

Cre タンパク質は 4 つのサブユニットで構成されているため、エンジニアリングの取り組みが困難になり、活動の最適化が妨げられることもあります。

現在のゲノム編集方法のもう1つの限界は「瘢痕化」（組み換え部位）です。これは、染色体の除去と挿入のポイントがプロセスによって損傷を受け、たとえゲノム編集プロセスが成功したとしても、結果として生じる細胞に壊滅的な損傷をもたらす可能性があるものです。

大規模ゲノム編集のためのCre-Loxの改良

新しくアップグレードされたツール

まず、研究者らは、迅速な組み換え部位の修正のためのハイスループット プラットフォームを構築し、非対称 Lox サイト設計を使用しました。

このようにして、研究者らは、高効率の順方向組換え（本来の目標）を維持しながら、可逆的な組換え活性（望ましくない逆転）を 10 倍以上削減する新しい Lox 変異体を開発しました。

第二に、彼らはAI支援リコンビナーゼエンジニアリング法（AI-informed Constraints for protein Engineering – AiCE）を使用しました。REC）を使用して、従来使用されていたタイプの 3.5 倍の組み換え効率を持つ Cre 変異体を生成します。

出典： セル

最後に、研究者らはプライムエディターの高い編集効率を利用して、残留 Lox サイトを元のゲノム配列に正確に置き換えました。

イノベーションを結集する

これら 3 つの革新により、植物やヒトの細胞において、傷をつけずにキロベースからメガベースまでの DNA 操作が可能になりました。

これには、染色体レベルでの欠失、置換、逆位、転座が含まれます。

研究者たちは、さまざまなレベルのゲノム編集ツールをテストしました。

• 最大18.8 kbの大きなDNA断片の標的統合
• 5kbのDNA配列の完全な置換
• 12Mbにわたる染色体逆位
• 4 Mbの染色体欠失
• 全染色体転座。

つまり、これらのツールによって、植物と動物の両方において、大量の遺伝コードを反転、削除、または挿入できることが証明されたのです。

出典： セル

研究者らが試験として行ったゲノム編集の例では、DNAの巨大な部分を反転（315kbの正確な逆位）させることで除草剤耐性のあるイネを作り出したが、これはこれまでほぼ不可能だったことである。

今後のアプリケーション

この新技術の可能性を完全に理解するのは実のところ難しい。なぜなら、染色体全体をシームレスに、そして一見非常に制御された方法で置き換えることができるからだ。

これにより、これまではまったく手の届かなかった遺伝子工学への道が開かれ、ノーベル賞を受賞したCRISPRの発見と同等の影響力を持つ可能性がある。

こうした編集の一例としては、一部の植物や生物が特定の病原体と戦う方法を完全に置き換え、品種や種の間で遺伝物質のブロック全体を移動させてまったく新しい特性を作り出すことが挙げられます。

もうひとつの選択肢としては、生殖細胞系列（受精時または胚レベル）において、一緒に集まって特定の形質を制御する染色体のセグメント全体を変更することが考えられます。

これを人間で試して認可すれば、例えば、特定の癌に対する抵抗力、免疫システム、アルツハイマー病のような特定の病気のリスク、髪や肌の色のような身体的特徴、さらには知能やその他の精神的特徴の遺伝子さえも変化させることができるかもしれない。

これまで、複数の遺伝子によって制御される特性、特に何百もの異なる遺伝子に結びついた免疫システムや知能などの複雑な特性に関する研究は、そのような発見が持つ可能性のある応用範囲が限られているために妨げられてきた。

しかし、全ゲノム編集が可能になれば、どの特性が望ましいかそうでないかを十分に理解している限り、染色体全体を一度に置き換える方法を発見することで、最適な遺伝物質を作り出すのに役立つ可能性があります。

倫理的な質問

植物や動物に関して言えば、これはすでに議論の的となっていることは明らかです。そして人間に関して言えば、さらに議論の的となるでしょう。

しかし、子供たちに、より長く健康な人生を与えたり、「編集されていない」同年代の子供たちと比べて知性や容姿の面で競争上の優位性を与えたりする可能性について、多くの人々から多大な圧力と関心も寄せられるだろう。

このことは以前からSF作品、特に映画『ガタカ』で議論されており、実際の才能に関係なく「完璧な」人間だけが社会の上層部にアクセスできるような未来が描かれている。

出典： フレーム定格

このような結果は望ましくありません。しかし、倫理的かつ慎重に行われれば、このような技術は、人類の寿命を延ばし、集団レベルでの健康状態を改善し、現在何百万人もの人々を日々苦しめているあらゆる遺伝性疾患を事実上永久に解決する大きな可能性を秘めているのです。

ゲノミクスとバイオテクノロジーへの投資

ゲノム編集が実現すれば、病気を引き起こす可能性のある問題のある遺伝子配列を検出するためにゲノムを大量に検査することが一般的になるでしょう。

大規模な遺伝子編集が認められず、容姿や知能ではなく生命を脅かす症状に対してのみ認可されるとしても、すべての新生児に対して定期的に行われる検査になる可能性もある。

その結果、ゲノム配列解析で強い地位を占める企業が最初に恩恵を受けることになるだろう。

イルミナ

一方、 その他のオミクス マルチオミクスにおいて （プロテオミクス、トランスクリプトミクスなど） 重要なものは、ほぼすべてが、あらゆる生細胞の中核となる「取扱説明書」であるゲノミクスを中心に、何らかの形で明確に表現されています。

ゲノムシーケンシング装置の最大のメーカーは、圧倒的なシェアを誇るイルミナです。同社は、がん検出に用いられる短い遺伝子配列の読み取りに特化しており、現在22,000カ国に165台以上のシーケンサーを設置しています。

イルミナのシーケンシング装置の消耗品の約半分は臨床用途に使用され、残りの半分は公的および民間の研究機関で使用されています。臨床用途では、需要の半分は腫瘍学分野からのものです。

出典： イルミナ

ゲノミクスとマルチオミクスが創薬プロセスやがん診断の中心となるにつれ、イルミナの機器の需要は高まると予想されています。同社は、NGS（次世代シーケンシング）の需要が臨床用途で年平均成長率18%、研究用途で年平均成長率6%で成長し、この分野の有効市場規模（TAM）は100年までに臨床用途で25億ドル、研究用途で2033億ドルに拡大すると予測しています。

出典： イルミナ

イルミナは液体生検会社グレイルと複雑な歴史を持っていた (グラール -0.36%) はイルミナからのスピンオフ企業であり、後に再買収されたが、現在は米国と EU の競争当局によって再びスピンオフに追い込まれている。

この問題が解決すれば、特にグレイルの液体生検検査は最終的には依然としてイルミナのシーケンサーに依存する可能性が高いため、イルミナは長期的な成長と株価上昇を再開する可能性がある。

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最新のイルミナ（ILMN）株ニュースと動向

参照研究

^{1. Chao Sun、Hongchao Li、Yijia Li、Yunjia Li、Rui Gao、Xiaoli Shi、Hongyuan Fei、Jinxing Liu、Ronghong Liang、Caixia Gao。キロベースからメガベースのスケールにわたる効率的かつ正確なゲノム操作のための反復リコンビナーゼ技術。細胞。 04 年 2025 月 XNUMX 日。DOI: 10.1016 / j.cell.2025.07.011}