How CRISPR lets you edit DNA - Andrea M. Henle

翻訳: Yuji Fuchigami 校正: Tomoyuki Suzuki

From the smallest single-celled organism

最小の単細胞生物から

to the largest creatures on earth,

地球最大の生物まで

every living thing is defined by its genes.

全ての生物は遺伝子によって 形作られています

The DNA contained in our genes acts like an instruction manual for our cells.

遺伝子に含まれるDNAは 細胞の設計図のような働きをします

Four building blocks called bases are strung together in precise sequences,

塩基と呼ばれる４種類の基本的な構成要素が 正確な順序で並んでおり

which tell the cell how to behave

細胞の振る舞いを定め

and form the basis for our every trait.

私たちのあらゆる特徴を 基本的な部分で形作ります

But with recent advancements in gene editing tools,

しかし 最近の遺伝子編集技術の 進歩によって

scientists can change an organism’s fundamental features in record time.

科学者たちは生物の基本的な性質を 記録的な速さで変えられるようになりました

They can engineer drought-resistant crops

乾燥に強い農作物や

and create apples that don’t brown.

色の褪せないリンゴを 作り出せるようになったのです

They might even prevent the spread of infectious outbreaks

感染症の突発的な発生を防ぐことや

and develop cures for genetic diseases.

遺伝子病の治療方法の開発さえも できるかもしれません

CRISPR is the fastest, easiest, and cheapest of the gene editing tools

CRISPRは最も高速、簡便で安価な 遺伝子編集技術であり

responsible for this new wave of science.

この新しい科学分野の流行の 原動力となっています

But where did this medical marvel come from?

でも この驚くべき医療技術は どこから来たのでしょう？

How does it work?

その仕組みは？

And what can it do?

そして これを用いて 何ができるのでしょう？

Surprisingly, CRISPR is actually a natural process

驚くべきことに CRISPRは 自然界で起きている作用であり

that’s long functioned as a bacterial immune system.

遠い昔から細菌の免疫系で 機能していました

Originally found defending single-celled bacteria and archaea

もともとは単細胞生物や古細菌が ウイルスの侵入から

against invading viruses,

防御するシステムとして発見され

naturally occurring CRISPR uses two main components.

自然界で起こるCRISPRは ２つの構成要素を利用します

The first are short snippets of repetitive DNA sequences

１つ目は 短く同じ配列が 繰り返されるDNAの断片であり

called “clustered regularly interspaced short palindromic repeats,”

「クラスター化され、規則的に間隔があいた 短い回文構造の繰り返し」

or simply, CRISPRs.

縮めてCRISPR(クリスパー)と言います

The second are Cas,

２つ目は Cas(キャス)

or “CRISPR-associated” proteins

CRISPR関連タンパク質というもので

which chop up DNA like molecular scissors.

分子でできたはさみのように DNAを切断します

When a virus invades a bacterium,

ウイルスが細菌内に侵入すると

Cas proteins cut out a segment of the viral DNA

Casタンパク質はウイルスのDNAから 一部分を切り取り

to stitch into the bacterium’s CRISPR region,

それを細菌のCRISPR領域に埋め込み

capturing a chemical snapshot of the infection.

感染の"化学的証拠写真"として 保持します

Those viral codes are then copied into short pieces of RNA.

このウイルスのコードは その後 断片的なRNAに複製されます

This molecule plays many roles in our cells,

RNAは私たちの細胞内で 様々な役割を果たします

but in the case of CRISPR,

しかしCRISPRの場合

RNA binds to a special protein called Cas9.

RNAはCas9と呼ばれる 特殊なタンパクに結合します

The resulting complexes act like scouts,

生成された複合体は 偵察兵のように働き

latching onto free-floating genetic material

浮遊している遺伝物質にくっつき

and searching for a match to the virus.

ウイルスと一致するものを 探し出すのです

If the virus invades again, the scout complex recognizes it immediately,

もしウイルスが再び侵入すると 偵察を担う複合体は迅速にそれを認識し

and Cas9 swiftly destroys the viral DNA.

Cas9はすばやくウイルスのDNAを 破壊します

Lots of bacteria have this type of defense mechanism.

多くの細菌が この種の防衛機構を持ちます

But in 2012, scientists figured out how to hijack CRISPR

しかし 2012年に科学者は CRISPRの機構を人為的に利用することで

to target not just viral DNA,

ウイルスのDNAだけではなく

but any DNA in almost any organism.

ほぼすべて生物の あらゆるDNAを 標的とする方法が発見しました

With the right tools,

適切な手段を用いることで

this viral immune system becomes a precise gene-editing tool,

ウイルスに対する免疫機構は 遺伝子を正確に編集する手段となり

which can alter DNA and change specific genes

DNAの改変や 特定の遺伝子を狙った 組み換えが可能になりました

almost as easily as fixing a typo.

誤植を訂正するのと同じくらい 簡単なのです

Here’s how it works in the lab:

実験室で行う方法を説明します

scientists design a “guide” RNA to match the gene they want to edit,

編集したい遺伝子に対応する ガイド役のRNAを作り出し

and attach it to Cas9.

それをCas9に結合させます

Like the viral RNA in the CRISPR immune system,

CRISPRの免疫機構で見られた ウイルス由来のRNAと同じように

the guide RNA directs Cas9 to the target gene,

ガイドRNAは Cas9を標的の遺伝子へ誘導し

and the protein’s molecular scissors snip the DNA.

たんぱく質でできた分子のはさみが DNAを切断します

This is the key to CRISPR’s power:

ここにCRISPRの力の秘訣があります

just by injecting Cas9 bound to a short piece of custom guide RNA

単に短いガイドRNAを Cas9に組み込むだけで

scientists can edit practically any gene in the genome.

事実上 ゲノムに存在するあらゆる遺伝子を 編集できるのです

Once the DNA is cut,

ひとたびDNAが切断されれば

the cell will try to repair it.

細胞はそれを修復しようとします

Typically, proteins called nucleases

一般的には ヌクレアーゼというタンパクが

trim the broken ends and join them back together.

壊れた末端部分を切り取り 再びつなげます

But this type of repair process,

しかし この手の修復過程は

called nonhomologous end joining,

非相同末端結合と呼ばれますが

is prone to mistakes

ミスをしがちで

and can lead to extra or missing bases.

塩基の数が 合わなくなる可能性があるのです

The resulting gene is often unusable and turned off.

修復された遺伝子は しばしば 役に立たなくなり もはや使われません

However, if scientists add a separate sequence of template DNA

しかし もしCRISPRのカクテルに 別の鋳型となるDNAを

to their CRISPR cocktail,

一緒に加えると

cellular proteins can perform a different DNA repair process,

細胞内のタンパク質は 異なる方法でDNAを修復します

called homology directed repair.

これを相同組換え修復といいます

This template DNA is used as a blueprint to guide the rebuilding process,

この鋳型DNAは再構築の過程を示す 計画書のように利用され

repairing a defective gene

欠陥のある遺伝子を修復し

or even inserting a completely new one.

全く新しい遺伝子の 挿入さえも行います

The ability to fix DNA errors

DNAの修復が可能であるということは

means that CRISPR could potentially create new treatments for diseases

CRISPRが病気の新しい治療法も 開発しうることも意味しています

linked to specific genetic errors, like cystic fibrosis or sickle cell anemia.

嚢胞性線維症や鎌状赤血球症といった 特定の遺伝子の異常による病気の治療です

And since it’s not limited to humans,

そしてそれは人間のみならず

the applications are almost endless.

あらゆることに応用が可能です

CRISPR could create plants that yield larger fruit,

CRISPRは大きな果実を実らせる 植物を作り出し

mosquitoes that can’t transmit malaria,

マラリアを媒介しない蚊を生み出し さらには

or even reprogram drug-resistant cancer cells.

薬剤耐性をもった癌細胞の 再プログラムも可能となるかもしれません

It’s also a powerful tool for studying the genome,

これはゲノムを研究するうえで 強力な道具であり

allowing scientists to watch what happens when genes are turned off

遺伝子が活性化しなくなったとき あるいは細胞の中で変異したときに

or changed within an organism.

何が起こるかを観察することができます

CRISPR isn’t perfect yet.

しかしCRISPRは まだ完璧ではありません

It doesn’t always make just the intended changes,

必ずしも思惑通りに 遺伝子を変えるとは限らず

and since it’s difficult to predict the long-term implications of a CRISPR edit,

しかも CRISPRによる遺伝子編集の 長期的な影響の予測は困難なため

this technology raises big ethical questions.

このテクノロジーは 重大な倫理的議論を提起します

It’s up to us to decide the best course forward

CRISPRが 単細胞生物の枠組みを離れて

as CRISPR leaves single-celled organisms behind

and heads into labs, farms, hospitals,

実験室、農園、病院 そして世界中の生物へと広がる中で

and organisms around the world.

最善を求めてどう発展させるかは 私たちの意思決定にかかっています