バイオテクノロジー

CRISPRi に触発されたバーチャルラボ「CREME」、主要なブレークスルーのハードルを下げる

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CRISPR 革命

CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) は、最近発見された遺伝子編集ツールです。非常に正確で指向的な遺伝子編集を可能にし、その発見者は2020年のノーベル賞を受賞しました。この話は「Investing in Nobel Prize Achievements – CRISPR For Precise Genetic Engineering」で取り上げました。

最初に発見されたCRISPRシステムはCRISPR-Cas9で、その後多くの改良されたCRISPRシステムが発見または作成されています。CRISPRの技術的詳細については、当社の記事「What Is CRISPR-Cas12a2? & Why Does It Matter」をご覧ください。

CRISPRはゲノム革命の最前線にあり、これを用いた最初の遺伝子治療が血液疾患に対して承認されています。この点については「Sickle Cell Disease Gene Therapies Approved by FDA Highlighting Potential of CRISPR/Cas9 Technologies」で詳しく取り上げました。

発見以来、CRISPRを利用して特定の遺伝子やDNA配列を改変する方法を見つけることは、専門知識と手作業を大量に要する骨の折れる作業でした。しかし、AIツールの急速な発展により、これが変わる可能性があります。

CRISPR と AI

AIとCRISPR技術を統合する最初のステップは数か月前に踏み出されました。“OpenCRISPR-1”、特定の状況に合わせたカスタムCRISPRシステムを設計するためのオープンソースAI（関連記事へのリンクをご参照ください）。

現在、CREME（Cis-Regulatory Element Model Explanations）という新たなステップが進行中です。CREMEは in-silico で何千、あるいは何十万もの可能な変異を探索し、その治療的可能性を評価することができます。

この研究はシモンズ定量生物学センター、Cold Spring Harbor Laboratory（ニューヨーク）にて Shushan Toneyan と Peter K. Koo によって実施され、Nature Genetics に「Interpreting cis-regulatory interactions from large-scale deep neural networks」というタイトルで掲載されました。

Peter Koo – 出典: CSHL

CRISPRi のスケールアップ

CREME AIシステムが行うことは、CRISPi（CRISPR干渉）のバーチャル版です。

CRISPRiは、CRISPR技術を使用して特定の遺伝子をオンデマンドでダウンさせる方法で、RNAi（RNA干渉）に類似したものを作成することができます。

理論的には、CRISPRiは遺伝子機能やそれらが細胞シグナル伝達、代謝経路、ホルモンおよび免疫系の応答などとどのように結びつくかについて、非常に有益な洞察を提供できます。

実際には、CRISPRiは費用と時間がかかり、実用化が制限されています。そこで、まずAIでCRISPRiをシミュレートし、どれが探索に値するかを判断するというアイデアが生まれました。

CREMEは科学者が仮想ゲノムで同様の変更を行い、遺伝子活性への影響を予測できるようにします。言い換えれば、ほぼCRISPRiのAI版と言えます。

“実際には、CRISPRiは実験室で実施するのが非常に困難です。そして、摂動の数と規模に制限があります。”

“しかし、すべての摂動を[仮想的に]行っているので、限界を押し広げることができます。我々が実施した実験の規模は前例がなく、数十万件の摂動実験に及びます。”

Peter Koo – Cold Spring Harbor Laboratory 助教授。

スケールでのゲノム理解

遺伝子学やゲノミクスの研究で関心のある変異は少なくとも数百万あります。したがって、これは干し草の山から針を探すようなものです。

ゲノムシーケンシング、マルチオミクス、ラボ自動化の進展にもかかわらず、潜在的なアイデアを一つずつ検証するには依然として時間がかかりすぎます。

CREMEは代わりに、このプロセスをワンクリックで数千の仮想実験に変換します。これにより、ゲノムの重要な領域を特定し、理解し始めることができます。

AI のシナジー

基礎研究でAIを活用する傾向が高まっており、1つの研究プロジェクトで複数の超専門的AIを活用することが増えています。

これは、各AIが通常1つの特定タスクのために設計されているためです。あるAIの出力が別のAIの入力となり、超高速でさらなる洞察が得られます。

この研究では、CREMEと別のAIツールであるEnformer（DNA配列が遺伝子発現に与える影響を予測できるGoogleのAI）を組み合わせました。

2つのAIの組み合わせにより、Peter KooのチームはEnformerがゲノム解析中に学習した一連の遺伝子規則を明らかにしました。

これは重要な発見です。実際、多くのAIは「ブラックボックス」のようで、ディープラーニングニューラルネットワークがどのように結論に至るかが明確でないことが多いからです。

これにより、RNAiおよびCRISPRi技術をより正確にすることも可能です：

“遺伝子調節の規則を理解することで、遺伝子発現レベルを正確かつ予測可能な方法で調整する選択肢が増えます。”
Peter Koo – Cold Spring Harbor Laboratory 助教授。

全体として、これらの新しいAIツールは新たな治療標的を提供し、ゲノムの働きに関する全体的な理解を深める可能性があります。

ラボは必要ない？

これらのデジタルツールのもう一つの効果は、先進的な遺伝子ラボ施設にアクセスできない研究者でも新たな発見に貢献できるようになることです。

生物学や医学の最優秀者すべてが、何百万ドルもの予算や最先端のラボにアクセスできるわけではありません。また、科学史からも、時に最も変革的なアイデアは主流の研究から外れた場所から生まれることがあるとわかっています。

したがって、CREMEのようなAIツールは現在CRISPRや他のゲノム変換ツールを使用している研究者を支援するだけでなく、特に資金が限られた非西洋の研究機関において、新しいアイデアを持つ他の科学者をも支援できる可能性があります。

例えば、CRISPR と CRISPRi が農業でより広く使用される、あるいは合成生物学が進むかもしれません。

CRISPR への投資

CRISPR を用いた最初の遺伝子治療が承認されたことで、CRISPR 投資の焦点は希少疾患と遺伝子治療に向けられています。

しかし、この技術はそれ以上に汎用性が高く、がん治療、代謝性疾患、老化、農業、合成生物学などでの可能性があります。

CRISPR 企業への投資は多数のブローカーを通じて可能で、こちら securities.io で、米国、カナダ、オーストラリア、英国、その他多数の国々におけるベストブローカーの推奨リストをご覧いただけます。

CRISPR 企業だけに興味がない場合は、WisdomTree BioRevolution UCITS ETF（WBIO）、VanEck Biotech ETF（BBH）、First Trust NYSE Arca Biotechnology Index Fund（FBT）などのバイオテックETFを検討できます。これらは成長するバイオテック経済への分散投資を提供します。

または「Top 5 CRISPR Companies To Invest In」に関する記事をご覧ください。

CRISPR 企業

1. CRISPR Therapeutics

(CRSP )

CRISPR Therapeutics が際立っているのは、創設者のオールスター・チームで、特に CRISPR-Cas9 技術の主要メカニズムを明らかにした先駆的研究で知られるエマニュエル・シャルパンティエ博士が含まれます。彼女の研究は、CRISPR-Cas9 を多用途で正確な遺伝子編集ツールとして利用する基盤を築きました。その功績は数多くの賞で称えられ、Life Science の Breakthrough Prize も受賞しています。

CRISPR Therapeutics は、血液疾患、がん、糖尿病、その他の疾患の治療を目的とした、効率的で汎用性の高い CRISPR/Cas9 遺伝子編集プラットフォームを開発しています。

彼らが最初に推進した治療は、血液疾患であるβサラセミアと鎌状赤血球病を対象としたものです。

現在、商標名 Casgevy として承認され、両方の適応で使用されています。同社の最初の同種 CAR‑T プログラムは B 細胞悪性腫瘍を対象としており、臨床試験も進行中です。

鎌状赤血球病は市場規模が比較的小さい疾患ですが、技術が成熟すれば他の疾患ベクターへの応用が進むでしょう。

CREME のような CRISPR 技術の進歩は、CRISPR Therapeutics やそのパートナーである Vertex のように承認済み製品を持つ企業にとって大きな利点となります。新しい改良版 CRISPR システムにより、数年以内にβサラセミアと鎌状赤血球病の治療をアップグレードできるでしょう。また、関連する知的財産と特許を更新し、Casgevy を長期間にわたり収益性のある製品にすることが可能です。

2. Ginkgo Bioworks Holdings, Inc.

(DNA )

同社は特定の用途向けにオンデマンドで生物体を生産しています。多数の研究プログラムとパートナーシップにより、用途を広く多様化しています：

これらの多くの改変は CRISPR または類似の遺伝子編集技術に依存しており、特に同社の CAR‑T がん細胞療法 が挙げられます。

細胞工学の即応プラットフォームを提供することで、Ginkgo はバイオテック業界の主要なサービスプロバイダーとなり、製薬業界を超えて農業、バイオセキュリティ、産業化学プロセスにも進出しています。専門知識とスピードを提供し、研究プロジェクトに必要な固定費や設備投資の削減に貢献できます。

これは、同社が過去数年間にわたって抱えてきた非常に多様な顧客とパートナーの数々からも示されています。

遺伝子編集と細胞工学技術に賭けたい投資家にとって魅力的な株式ですが、特定のアプリケーションに限定されたものではありません。これは、成長志向の投資家にとっても一般的に興味深いです。

CREME、Enformer、OpenCRISPR‑1 のようなオープンソースで無料のツールの登場は、特定の CRISPR バージョンや単一の治療法に注力するのではなく、数十から数百のカスタム生物体や細胞の開発に重点を置く Gingko のような企業にとって大きな後押しとなります。

このようにして、特定の植物種に特化した CRISPR 技術や、特定のカンナビノイド遺伝子、プラスチック分解酵素などに対して、迅速に活用できるようになります。

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Jonathanは元バイオケミストの研究者で、遺伝子分析と臨床試験に従事していました。現在は、株式アナリストおよびファイナンスライターとして、革新、市場サイクル、地政学に焦点を当てた出版物 'The Eurasian Century" に貢献しています。