2011年、生物学者のジェニファー・ダウドナとエマニュエル・シャルパンティエは、CRISPR［日本語版記事］を世界に知らしめる記念碑的な論文を発表した。細菌の多くに見出されるDNA領域であるCRISPRに、外来DNAを正確に切断する機能があることを明らかにした論文だ。CRISPRの1種であるCas9は以降、バイオテクノロジー業界で数十億ドル規模の投資を集める一大ブームを巻き起こした。
とはいえ、Cas9を利用した遺伝性疾患の治療の臨床試験は始まったばかり［日本語版記事］だ。CRISPRベースの治療法が世に出るには、まだ数年はかかるだろう。ただし、CRISPRが医療現場で利用される日はずっと早く訪れるかもしれない。治療ではなく、診断というかたちで。
ダウドナ率いるカリフォルニア大学バークレー校の研究チームとスタンフォード大学の生物情報学者たちは4月26日（米国時間）、疾患の原因となるDNAを検出する世界初の民間CRISPRプラットフォーム「Mammoth Biosciences」を発足させた。
このスタートアップが開発しているのは、CRISPRを利用して血液、唾液、尿などから遺伝物質を検出するポイントオブケア（臨床現場即時）検査だ。その対象は、蚊が残したジカウイルスの遺伝情報の断片から、腫瘍からはがれ落ちたがん細胞の遺伝子変異までさまざま。診断というCRISPRの新たな可能性を模索する研究者は彼らだけではないが、実用化を念頭に資金調達し、起業にこぎつけたのは彼らが初めてだ。
Mammoth Biosciencesを創業した5人のうちのひとりである最高経営責任者（CEO）のトレヴォー・マーティンは、「CRISPRが極めて優秀なバイオセンサーの特性をもつことに、長いあいだ誰も気づきませんでした」と語る。「数十億年の進化がもたらしたこの驚異のたんぱく質の特性について、研究は始まったばかりなのです」
「Cas12a」という優秀な診断ツール
彼らの目標は、この特性を利用し、ラボにサンプルを送って結果が出るまでの数日を待てない患者たちが大勢いる場所、つまり疾病流行の最前線や、病院の救急救命室（ER)などで使える診断ツールを開発することだ。
そんな驚異のたんぱく質のひとつがCas12aであり、かつてはCpf1と呼ばれていた。Mammoth Biosciencesの共同創業者に名を連ねるダウドナとジャニス・チェン、ルーカス・ハリントンは、2018年2月に『Science』へ掲載された論文で、Cas12aを利用してヒトサンプル中のヒトパピローマウイルス（HPV）の異なる株を正確に同定できることを示した。
Cas12aはCas9と同様、標的のDNA配列に到達すると、そこに結合する。だがそのあと、Cas9がしないことをする。発見した一本鎖DNAをすべてばらばらに切り刻むのだ。
研究チームは、Cas12aのこの貪欲さをハックしようと考えた。まずはCas12aをプログラムして、がんの原因になるHPVの2つの株を切断するようにした。それをヒト細胞の入った試験管に加え、さらに「レポーター分子」と呼ばれる、切断されると蛍光シグナルを発する一本鎖DNAも加えた。すると、HPVに感染したサンプルは光り、健康なサンプルはそのままだった。
マーティンは、Mammoth Biosciencesで利用するのがどのCRISPRシステムかについては明かさず、このテクノロジーの有効性を確信していること、カリフォルニア大学バークレー校から独占ライセンスを得ていることに言及するにとどめた。特許に関する情報は申請から18カ月間は秘匿されるため、同社が開発しているCRISPRシステムの詳細を確実に知る術はない。だが、チェン、ハリントン、ダウドナの全員が携わっていることからして、Cas12aである可能性が濃厚だ。
新たなたんぱく質の研究も進む
このことは、あとで問題になるかもしれない。というのも、ブロード研究所のフェン・ジャンが2015年にCas12aによる遺伝子編集技術の特許を申請し、ヒトの疾病治療への応用に関してEditas Medicineとライセンス契約を結んでいるからだ。
今後争いの焦点になりそうなのは、Cas12aの用途である。現在継続中のバークレーとブロード研究所のCas9をめぐる争いで、米特許商標庁はDNAの編集ではなく検出を目的としたCRISPR利用は別個の特許要件を満たし、有効であるとの裁定を下している。
特許商標庁は2016年、Cas9を利用したDNA・RNA検出の特許を、バークレーのCaribou Biosciencesに対して認めた。こちらもダウドナが共同創業者に名を連ねるCRISPRツール開発企業で、独自のCas12a特許も保持している。Caribou Biosciencesで新たな診断プラットフォームを創設せず、新会社を立ち上げた理由は明らかになっていない（ダウドナは、この記事の執筆にあたっての質問に一切回答しなかった）。
一方で、CRISPR診断法は特許紛争とは無縁だという予測も成り立つ。ジャンの研究チームは、別のたんぱく質、Cas13を利用した診断を精力的に研究しているからだ。
彼らは2017年に『Science』誌に掲載された論文で、Cas13を利用して複数のウイルス（例えばジカとデング）をひとつのサンプルから同時に検出できることを示した。また、蛍光よりも便利な、使い捨て試験紙による識別法も編み出した。紙をサンプルに浸すだけで、ウイルス遺伝子が存在すれば赤い線が表れる。実験器具も電気も必要ない。
ブロード研究所は現在、廉価なテスト（製造コストはひとつあたりわずか数ドル）を広く普及させるべく、ライセンス戦略を練っているところだ。とりわけ、野外での緊急診断が必要な発展途上国での利用拡大を目指している。
ウイルスハンターのパーディス・サベティ［日本語版記事］率いる同研究所の別グループは、今年中にテストの妥当性と信頼性の検証を始める予定だという。予定地のナイジェリアでは、今年1月以降ラッサ熱の大流行で数百人の感染者が出ている。検証がうまくいけば将来的にはインフラをつくり出し、最初の症状を示した人々の検査を行うことで、公衆衛生担当者によるウイルスの実態把握と封じ込めに役立つことが期待される。
ブロード研究所のシステム生物学者キャメロン・ミアボルドは、「ここ数年、ラッサ熱のシークエンシングに精力的に取り組み、その進化の解明にあたってきました。いまや、そこで得た知見のすべてを利用して、最先端の高精度検査を開発する段階にあります」と言う。同氏はCas13ベースの診断を、高価な医療機器なしに実施可能にするプロトコルの開発に携わってきた。「このような遺伝的ツールのおかげで、実験室でしか実施できない標準的な抗体検査の先へと進むことが可能になったのです」
ブロード研究所とMammoth Biosciencesの診断法は、いずれも規制当局のお墨付きを得る前に、追加研究で精度を示す必要がある。だが、いったん実用化されれば、ほぼすべての疾患の検査を設計できるようになる。CRISPRが想定したターゲットに結合するように、適切なガイド遺伝子をプログラムするだけでいいのだ。
医療以外への応用も可能か
こんな未来を想像してみてほしい。ERの患者には、耐性菌［日本語版記事］に感染しているかどうか複数の種類を同時に検査してから、命を救う抗生物質が処方される。ジカ熱の流行地域では、胎児への後遺症［日本語版記事］を避けるため、出産年齢の女性全員に感染検査が行われる。がんのスクリーニングの実施頻度が年3回、4回、5回と大幅に増えてゆく。これらがすべて、クラフトビール1杯ほどの値段で実現できるのだ。
最後のがんの例は、Mammoth Biosciencesが最優先で取り組んでいるプロジェクトだ。同社は現在、リキッドバイオプシー（液体生検）［日本語版記事］の分野でパートナーを模索しており、紙ベースの検査を診察室に導入することを目指している。
さらにいずれは、より多目的な検査を開発し、医療以外の用途に応用することも視野に入れている。例えば、農家が畑で根腐れの兆候を見つけ出したり、DNAバーコードを利用して、シェール採掘目的の水圧破砕に使った汚染水が帯水層に漏出しているのを検出するといったことだ。
CRISPRファミリーのなかで、最初にヒトの疾病治療に応用されるのはCas9になるだろう。だが、命を救う最初の段階で活躍するのは、まだ聞きなれない名前の「従兄弟」のほうかもしれない。
TEXT BY MEGAN MOLTENI
TRANSLATION BY TOMOYUKI MATOBA/GALILEO