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

遺伝子から全ゲノム編集へ

最近まで、遺伝子改変はかなり粗雑で、標的生物に新しい遺伝子配列をランダムに挿入していました。挿入方法も非常に破壊的でした。その結果、細菌や植物だけが日常的に遺伝子改変され、哺乳類（人間を含む）での遺伝子編集は複雑で高コスト、かつ遅いものでした。

CRISPR技術により状況は部分的に変わり、正確で制御された遺伝子編集への道が突然開かれ、2023年末にヒト遺伝性疾患に対する初の遺伝子治療が承認されました。

しかし、CRISPRだけでは1つ以上、あるいは数個の遺伝子を編集するにはまだ不十分です。ゲノム全体の大規模な改変は依然として手の届かないものに見えました。

北京の中国科学院の中国人研究者による画期的な発見により、状況が変わった可能性があります。彼らは、染色体全体の巨大な領域を改変できる新しい手法を発表し、遺伝子編集が全ゲノム編集に取って代わる道を開きました。

彼らは権威ある科学誌Cell¹に、タイトル「キロベースからメガベース規模にわたる効率的かつ精密なゲノム工学のための反復的リコンビナーゼ技術」で結果を発表しました。

遺伝子編集とゲノム編集の比較

CRISPRや「ベースエディティング」などの関連技術のおかげで、不要なオフターゲット編集や標的遺伝子配列への損傷なしに特定の遺伝子を改変できるようになり、複数の遺伝子を同時に編集することさえ可能になりつつあります。

しかし、染色体の大きな領域を移動または編集することは非効率的であり、過程で多くの細胞が改変されないか損傷を受けるため、複雑な生物に対してin vivoで行うことはほぼ不可能です。

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由来のCreリコンビナーゼと、ゲノム中のLoxP部位の繰り返し配列を利用したいわゆる「Cre-Lox」ゲノム編集システムです。

出典: Vector Builder

lox部位の対称性により、時に可逆的な組換え反応が起こり、望ましい編集が逆転してしまうことがあります。

Creタンパク質は4つのサブユニットから構成されており、エンジニアリング作業が困難になり、活性最適化を妨げることがあります。

現在のゲノム編集手法のもう一つの制限は「スカーピング」（組換え部位）で、染色体上の除去・挿入点がプロセスにより損傷し、ゲノム編集が成功しても結果として得られる細胞に壊滅的な損傷をもたらす可能性があります。

大規模ゲノム編集のためのCre-Loxの改良

新しいアップグレードツール

まず、研究者らは高速スループットのプラットフォームを構築し、迅速な組換え部位改変と非対称Lox部位設計を用いました。

この方法により、可逆的組換え活性（望ましくない逆転）を10倍以上低減しつつ、目的である高効率な順方向組換えを維持する新規Lox変異体を開発しました。

次に、AI支援型リコンビナーゼ工学手法（AI-informed Constraints for protein Engineering – AiCErec）を用いて、従来型の3.5倍の組換え効率を持つCre変異体を生成しました。

出典: Cell

最後に、プライムエディタの高い編集効率を利用して、残存するLox部位を元のゲノム配列に正確に置換しました。

イノベーションの統合

これら3つのイノベーションを組み合わせることで、植物とヒト細胞においてスカーレスなキロベースからメガベース規模のDNA操作が可能になりました。

染色体レベルでの欠失、置換、逆位、転座が含まれます。

研究者は様々なレベルのゲノム編集をテストしました:

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

したがって、これらのツールが植物と動物の両方で大規模な遺伝子コードを反転、除去、挿入できることが実証されました。

出典: Cell

研究者がテストとして行ったゲノム編集の例の中で、彼らは大規模なDNA領域（315 kbの正確な逆位）を反転させることで除草剤に耐性を持つイネを作製しました。これは以前はほぼ不可能でした。

将来の応用

この新技術の可能性を完全に把握するのは実際に難しいです。その理由は、染色体全体のセグメントをシームレスかつ非常に制御された方法で置換できるからです。

これにより、以前は全く手の届かなかった遺伝子工学の形が開かれ、CRISPRというノーベル賞受賞の発見と同等のインパクトを持つ可能性があります。

このような編集の一例として、特定の病原体に対抗する方法を植物や生物全体で置き換え、品種や種間で遺伝子ブロック全体を転移させて全く新しい形質を創出することが考えられます。

別の選択肢として、胚系（受精時または胚段階）で、特定の形質を制御するクラスター化された染色体全体のセグメントを変更することが考えられます。

もしヒトで試み許可されれば、例えば特定のがんへの抵抗性、免疫系、アルツハイマー病などの疾患リスク、髪や肌の色といった身体的形質、さらには知能やその他の精神的形質に関わる遺伝子を変えることができるでしょう。

これまで、多遺伝子で制御される形質、特に免疫系や知能のように数百の遺伝子が関与する複雑な形質に関する研究は、そうした発見の応用が限られていることが障壁となってきました。

しかし、全ゲノム編集が可能になれば、染色体全体を一度に置換する方法を見つけることで、望ましい形質とそうでない形質を十分に理解した上で、最適な遺伝子素材を創出できるでしょう。

倫理的な問い

明らかに、これは植物や動物に関してすでに議論を呼ぶでしょう。人間に適用するとなれば、さらに大きな論争となります。

しかし、多くの人々が子どもにより長く健康な生活や、”未編集”の同世代と比べた知能や容姿の競争優位性を提供できる可能性に対して、巨大な圧力と関心を抱くことになるでしょう。

このテーマは以前からSFで議論されており、特に映画『GATTACA』では、実際の才能に関係なく「完璧」な人間だけが上層社会へのアクセスを許される未来が描かれています。

出典: Frame Rated

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、この技術は人類の長寿化、人口レベルでの健康改善、そして現在毎日何百万人もの人々が苦しんでいる遺伝性疾患を事実上永久に解決するという巨大な可能性を持ちます。

ゲノミクスとバイオテックへの投資

ゲノム編集が一般化すれば、疾患を引き起こす可能性のある問題遺伝子配列を検出するためのゲノム大量検査が一般的になるでしょう。

たとえ大規模な遺伝子編集が受け入れられず、生命を脅かす状態にのみ許可されても、外見や知能には適用されないとしても、すべての新生児に対する定期的な検査になる可能性があります。

結果として、ゲノムシーケンシングで強固な地位を持つ企業が最初に恩恵を受けるでしょう。

Illumina

他の-オミクス（プロテオミクス、トランスクリプトミクスなど）も重要ですが、ほぼすべてが何らかの形でゲノミクス、すなわちすべての生細胞の基本的な「取扱説明書」に関わっています。

圧倒的に、ゲノムシーケンサーの最大の製造業者はIlluminaです。同社はがん検出に使用される短鎖遺伝子配列の読み取りに注力しており、現在165か国で22,000台以上のシーケンサーを設置しています。

Illuminaのシーケンサー用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・私的研究ラボで使用されています。臨床用途では、需要の半分が腫瘍学から来ています。

出典: Illumina

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になるにつれ、Illuminaの機器への需要は高まると予想されます。同社は、臨床用途でNGS（次世代シーケンシング）の需要が年平均成長率18%、研究用途が6%で拡大し、2033年までに臨床分野で1000億ドル、研究分野で250億ドルの総アドレス可能市場（TAM）を押し上げると見込んでいます。

出典: Illumina

Illuminaは液体バイオプシー企業Grailとの複雑な歴史を持っていました (GRAL -0.36%), それはIlluminaからのスピンオフ企業で、後に再取得され、現在は米国とEUの競争当局により再びスピンオフを強いられています。

この問題が解決すれば、Illuminaは長期的な成長と株価上昇を再開できるでしょう。最終的には、Grailの液体バイオプシー検査は依然としてIlluminaのシーケンサーに依存する可能性が高いからです。

(Illuminaの事業、将来技術、歴史に関するより詳細な分析は、専用の投資レポートで読むこともできます)

最新のIllumina（ILMN）株式ニュースと動向

参照された研究

^{1. Chao Sun, Hongchao Li, Yijing Liu, 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規模にわたる効率的かつ精密なゲノム工学のための反復的リコンビナーゼ技術. Cell. 2025年8月4日. DOI: 10.1016/j.cell.2025.07.011}