CRISPR-Cas12a2とは何か？& なぜ重要なのか

CRISPRの簡単な歴史

CRISPRはClustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats（クラスター化された定期的に間隔を置いた短い回文反復配列）の略で、短い塩基配列の繰り返しを含む原核生物のDNAのセグメントです。これらは細菌の防御システムの一部であり、CRISPR関連（Cas）タンパク質と共に、CRISPR-Cas9ゲノム編集技術の基盤を形成します。基本的にウイルスの遺伝物質を標的としてその増殖を阻止します。

CRISPR分子はCas9タンパク質（CasはCRISPR Associated Proteinの意味）と組み合わせてCRISPR-Cas9技術を構成できます。この技術は、CRISPR配列を改変して生細胞や生物体内の遺伝子を編集するために利用されます。

この手法の主な利点は、編集対象となるDNA領域を非常に正確に狙えることで、従来の技術では実現できなかった点です。CRISPR-Cas9の発明者は2020年のノーベル化学賞を受賞しました。

しかし、Cas9がCRISPRを利用する唯一の方法ではありません。RNA編集に使用できるCas13もあります。本記事で取り上げるのはCas12aです。

Cas12a と Cas9

この節では、非生化学者にも理解できるようにCas12aをできるだけ分かりやすく説明し、いくつかの詳細は簡略化します。まず、CRISPR-Cas12aとは何かを見てみましょう。

CRISPR-Cas12aはCas9とはいくつかの点で異なるシステムです:

• Cas9が行える切断部位とは別の切断部位を提供する。
  • Non-technical translation: Cas9で解決が難しい問題がCas12aで解決可能になる可能性があります
• Cas9の「鈍い」切断とは異なり、DNAに「粘着」した端を残す形で切断し、複数回切断することができる。
  • Non-technical translation: 遺伝子編集が起こる可能性が高くなる。
• Cas12aではトランス活性化crRNA（tracrRNA）は不要で、Cas9とは異なります。その小型化により、マルチプレックスゲノム編集が容易になります。
  • Non-technical translation: Cas12aを用いれば、一度に複数の遺伝子を改変できる。

出典: Wikipedia

Cas12a2 の独自の特性

CRISPR-Cas12aを用いることで、研究者は既によりよく理解されているCRISPR-Cas9のやや異なる新バージョンを得たと考えました。これらの変異により多くの興味深い利用法がありましたが、基本的なメカニズムは同じでした。

そしてCas12a2が登場しました。

末尾の「2」は、非常に異なる特性を持つCas12aの変異体を指します。実際、Cas12a2は「通常の」Cas12aがCas9と比べて持つ違いよりも、はるかに異なる動作をします。

CRISPR-Casシステムは外来遺伝子を攻撃し、細菌をウイルスから保護するように設計されています。研究者はこの能力を遺伝子編集に転用しました。Cas12a2の作用は非常に異なります。ウイルスRNAを検出すると、細胞内のすべての核酸を攻撃し始めます。多くの場合、影響を受けた細胞は死滅し、細菌コロニー全体を保護し、ウイルスの増殖を阻止します。

この全く新しいメカニズムは、2023年1月初旬にNature誌の2つの論文で発表され（生物学者にとってほぼキャリアを決定づける出来事です）。

Cas12a2 の応用

Natureの査読者が熱狂した理由は非常にシンプルです。Cas12a2のメカニズムは「プログラム可能に細胞を殺す」ツールの創出を可能にします。

最初の応用は、他のCRISPR手法を用いたはるかに効率的な編集になる可能性があります。Cas12a2を他のCRISPR-Casシステムと組み合わせることで、カウンターセレクションを通じてCRISPR遺伝子編集の効率を向上させることができます。

ウイルスRNAの検出にも非常に高効率です。したがって、第2の応用は、Cas12a2をほぼ完璧なウイルス検出テストに転用できることです。公開された論文はすでにこの概念の実証実験を示しています。

Cas12a2ベースのテストは、PCR検査の非常に高い感度と、家庭用テストの手軽さ・低コストを組み合わせることができます。複雑な装置は不要です。

最大の利点は、COVID-19、インフルエンザ、エボラ、ジカなどのウイルスや、初期のテストで検出できない変異体を含む、事実上すべてのRNAウイルスを検出できるように調整できることです。

新しいテストを設計するために必要なのは、ウイルスのゲノムを把握し、カスタムcrRNA配列を設計することだけです。パンデミックが示したように、数週間で可能です。

したがって、現在のCas12a2の理解レベルでは、検査が最も手軽な応用のように思われます。

第3の可能性として、CRISPR-Cas12a2をがん治療に利用することが考えられます。理論的な例として、がん細胞特有の遺伝子配列にのみ反応するようCas12a2をプログラムし、がん細胞を「自殺」させることが挙げられます。ただし、がん細胞の遺伝的複雑性から、この応用は他よりも実現が遠いかもしれません。

投資の要点

CRISPR技術はまだ黎明期であり、全く新しいメカニズムが次々に発見されています。Cas12a2を研究する研究者は、理解に十分な結果を得るまでに7年かかりました。CRISPR-Cas12a2は最近発表されたばかりで、商業化までにはまだ遠い道のりがあります。世界中の他の研究チームの予備的な結果に、まだ見つかっていないCRISPR-Casシステムの変異体が潜んでいる可能性があることに驚きはしません。

Cas12a2は検査技術の文脈で注意深く研究すべき領域であり、長期的には抗原検査やPCR検査に対する脅威となり得ます。

他のCRISPR技術と組み合わせることで、効率を高めたり技術的な障壁を解決したりできる可能性もあります。全体として、Cas12a2はCRISPR技術全般に対してより楽観的になる理由となり、医療を変革する可能性があります。検査分野でも、2023年1月まで誰も想像していなかったことです。

Editas Medicine (EDIT) は現在この技術に取り組んでいます。