2007年、ルチアーノ・マラフィーニ博士（Luciano Marraffini, PhD）は孤独な科学の道を歩み始めました。それは、その約10年前にバクテリアで発見されたCRISPRを理解することでした。17年後、私たちは皆CRISPRが何であるかを知っています。それは医学における革命、一生に一度の科学的ブレイクスルー、遺伝子治療においてこれまでに発見された最も有望なツールです。しかし当時、CRISPR（clustered regularly interspaced short palindromic repeats）は、目的が不明な単なる好奇心をそそる遺伝子断片に過ぎませんでした。「私が研究を始めたとき、いつか遺伝病を治すのに役立つなどとは誰も言いませんでした」とマラフィーニ博士は振り返ります。
しかし興味深いことに、一つの説はCRISPRがバクテリアの防御システムの一部であり、バクテリアがウイルス（ファージと呼ばれる）や外来の遺伝子断片（プラスミドと呼ばれる）の侵入と戦うために使われるというものでした。ノースウェスタン大学のポスドクだったマラフィーニ博士は、病原性バクテリアの専門家であり、それらがどのように侵入するかを研究していました。CRISPRに目を向けることで、彼はそのスクリプトを反転させ、バクテリアが侵入される側の反応を理解しようとしました。CRISPRが武器であるならば、それがどのように鍛えられ、ふるまうのかを知りたかったのです。
彼の概念的な転換は報われました：2年以内に彼はCRISPRに関する画期的な発見を発表し、そのプロセスでゲノム医学の新興分野を開拓するのに役立ちました。
CRISPRは、侵入者のDNAを驚異的な精度で切り取る遺伝子のメスであることが判明しました。マラフィーニ博士らの研究以来、CRISPR-Cas9（その機能に不可欠なタンパク質）をヒトに適用することで、科学者は侵入者のDNAではなく、病気を引き起こす私たち自身の遺伝的な失敗を切り取ることができます。
これらの発見はすぐに成果をもたらしました。最近、イギリスと米国は最初のCRISPRベースの遺伝子治療法を、鎌状細胞病のために承認しました。そして、さらに多くの承認が見込まれています。最も直近では、貧血と成長不良に関連する血液疾患であるβ-サラセミアの治療のための承認が2024年春に予想されています。他のCRISPRベースの治療法は、白血病、食道がん、肺がん、子宮頸がん、ハンチントン病、および他の重篤な状態に対して評価されています。
「私はそれが素晴らしいと思います。特に生物医学科学において、多くの科学者は社会に何らかの肯定的な影響を与えることを望んでいます。人々を助けることができたことを、非常に特別だと感じています。」とマラフィーニ博士は言います。
金融からバイオテクノロジーへ
マラフィーニ博士は、アルゼンチンのロサリオで子供の頃、『ブレードランナー』のような未来派のフィクションに魅了され、科学に強く惹かれました。しかし、高校では実用的な道として金融を学びました。これは、建築家と教師である彼の両親が奨励した実用的なルートでした。
しかし、金融管理のキャリアの展望は彼を魅了するものではありませんでした。そして、ロサリオ大学で彼はバイオテクノロジーを学ぶことに切り替えました。それは90年代初頭であり、遺伝学における最近の突破口に彼は魅了されました：わずか数年の間に、ヒトゲノムプロジェクトが始まり、全23対のヒト染色体の最初の粗い地図が公開され、米国で初めて連邦政府による遺伝子治療の承認が4歳の女の子の免疫障害のために成功裏に使用されました。
マラフィーニ博士が卒業した後、農業バイオテク企業のモンサントが彼を求め、彼はそこで数年間、遺伝学を通じて植物の育種を加速させることに取り組みました。しかし、それも満足のいくものではありませんでした。
「私はいくつかの生物体で遊びたかったのです。あまり多くの制限がない方法で科学を行うことができます。植物で作業する場合、成長するのを長い間待たなければなりません。しかし、バクテリアは非常に早く成長します。」
そうして彼は、シカゴ大学の有名な微生物学者、オラフ・シュネーウィンド教授（Olaf Schneewind）の研究室でPhD学生となり、そこでバクテリアの侵入者が私たちの組織を植民地化し、私たちの免疫システムを回避し、病気を引き起こす毒素を産生するためにタンパク質と酵素をどのように使用するかを研究しました。そこでCRISPRに注目しました。
彼はエリック・ソンタイマー（Erik Sontheimer）のノースウェスタン大学の研究室で、RNA干渉（RNAi）を研究しました。RNAiは、遺伝子の自身のDNA配列を使用して遺伝子発現をサイレンスする、当時新しく発見された細胞機構です。数年前、ロックフェラー大学のトーマス・トゥッシュル博士（Thomas Tuschl）は、ヒトの細胞でRNAiを使用することが可能であることを示しました。
「RNAiとCRISPRが共通しているのは、それが小さなRNAを使用することだけです。そのためにエリックに連絡しました。彼はすぐにCRISPRの可能性を見て、彼の研究室がそれについての専門知識を持っていなかったにもかかわらずです。」とマラフィーニ博士は言います。
マラフィーニ博士はすぐに、ヒトの皮膚微生物群に共通するStaphylococcal epidermidisでCRISPRシステムを見つけました。そこでは、プラスミドが暴走するのを防いでいました。（プラスミドはバクテリアと奇妙な関係を持っています。それらは有害であると同時に有益でもあります。）これはCRISPRが実際にバクテリアの防御システムの一部であることを確認しました。次に、それがどのように展開されるかを見つける必要がありました。
マラフィーニ博士は次の年にS. epidermidisをいじくり回し、2008年の論文でCRISPRがガイドRNAを使用してプラスミドのDNAを破壊することを明らかにしました。このようにして無力化されたこれらの侵入者は、もはや複製することができません。
他の研究は、CRISPRシステムが侵入者の遺伝子クリップをいわゆる「スペーサー」として自身のDNAに保存し、将来同じ配列に遭遇した場合、免疫応答を活性化できることを明らかにしました。CRISPRは自然に40％のバクテリアと、アーキアとして知られるほぼすべての単細胞生物で見つかる、広く展開された防御システムであることが判明しました。
しかし、ヒトのDNAを操作するためのCRISPRの可能性はどうでしょうか？2008年には、それは『ブレードランナー』のバイオエンジニアリングされたレプリカントほどのSFであるように思えましたが、それが不可能であるという領域の外にはありませんでした。それは、彼らの画期的な「Science」誌の論文でマラフィーニ博士とソンタイマーが慎重に指摘したように、「DNAの特定の、アドレス可能な破壊を指向する能力は、特にそのシステムがそのネイティブのバクテリアやアーキアの文脈の外で機能することができる場合、かなりの機能的な有用性を持つかもしれない」ということでした。
2010年、マラフィーニ博士はロックフェラー大学に移り、バクテリオロジー研究室を立ち上げ、CRISPRシステムがそのネイティブな文脈の外でも機能するかどうかをテストし始めました。
オズワルド・エイヴリー、ロックフェラー研究者が、Streptococcus pneumoniaeの株を使用してDNAが遺伝物質の運搬体であることを証明したことに触発され、マラフィーニ博士は関連する株、Streptococcus pyogenesからCRISPRシステムとその重要なスポッターたんぱく質であるCas9をクリップし、防御システムが欠如していたS. pneumoniaeに挿入しました。この変更された生物体内で、マラフィーニ博士は初めてCas9をプログラムし、それを向けられた任意のDNA配列を探して切り取ることに成功しました。
2012年、将来のノーベル賞受賞者であるジェニファー・ダウドナとエマニュエル・シャルパンティエは、試験管内でCas9を使ってDNAを切断しました。1年後、ブロード研究所のフォン・チャンとの画期的な共同研究で、マラフィーニ博士はヒトの細胞でも同じことを行うことが可能であることを示しました。他の機関の研究者たちも、1984年に最初の直接ゲノム配列決定法を開発したハーバード大学のジョージ・チャーチを含め、類似の結論に達していました。
それ以来、マラフィーニ博士は、他のロックフェラー研究室との協力を含む、さまざまなCRISPR-Casシステムがどのように機能するかについての先駆的な発見を続けています。6つのタイプと19のサブタイプが発見されました。バクテリアの驚異的な多様性を考えると、およびファージがバクテリア種を10対1で上回る可能性があることを考えると、さらに多くのタイプが特定される可能性があります。
これらのシステムのいくつかはファージやプラスミドのDNAを切断し、他のものはRNAを、また他のものはその組み合わせを攻撃します。いくつかは直接侵入者を攻撃するのではなく、セルとファージを共にダウンさせるカミカゼミッションを誘発することを発見しました。これはマラフィーニ博士の研究室が最近発見した一つの変種で起こります。
彼の研究室はまた、新しい抗ファージ防御システムの発見と特性評価に取り組んでいます。これらはCRISPR以外のバクテリアの防衛機構です。CRISPRがそうであったように、これらまだ未発見のメカニズムがいつの日か新しいツールや治療法を提供するかもしれません。
研究室の外で
マラフィーニ博士はまた、さまざまな疾患を治療するために直接CRISPR-Cas療法を開発している2つの企業の共同創設者でありアドバイザーでもあります。Intellia Therapeuticsは、肝疾患、肺疾患、および2つの凝固疾患（血友病Aおよび血友病B）のためのパイプライン内のプロジェクトを持っています。肝臓で生成されるタンパク質の蓄積を特徴とする2つの希少遺伝子疾患、トランスサイレチンアミロイドーシスおよび遺伝性血管性浮腫（重度の腫れの反復エピソードを引き起こす）の両方の治療法は、臨床試験中です。
一方、Eligoは、バクテリアの防御システムを自分自身に対して、または少なくとも他のバクテリアに対して使用することを目指しています。「目的はCRISPRを使用して細菌感染を治療することです。CRISPRがファージを殺すのと同じように、細菌を殺すようにプログラムすることができます。技術的に言えば、それを行うのは簡単ではありませんが、それが私たちが目指していることです。」と彼は説明します。
遺伝子編集の勇敢な新世界は、結局のところそれほどSFではありませんでした。それはただの科学です。「私たちはこの自然システムを非常にうまくプログラムすることに成功し、臨床での使用に驚くほど速くそれを導入することができました。CRISPRの物語は、基礎研究の重要性の本当の証です。」とマラフィーニ博士は述べています。
この記事は、ロックフェラー大学によって公開されたニュースリリースに基づいています。
