このブログの日本語訳にあたりまして
2022年度iGEMチームWaseda_Tokyoの林﨑諒巡に担当していただきました
ありがとうございます。
ある生物を遺伝子操作して、その生物種を消滅させることが可能だとしたらどうだろう。あるいは、絶滅の危機に瀕している種の個体群を保全するために、遺伝子操作を行うことが可能だとしたらどうでしょう？実際、それは可能です。その詳細を見てみましょう。
遺伝子ドライブと呼ばれる、有性生殖において理論上100％遺伝子を子孫に伝達することができる遺伝子工学技術があります。CRISPR/Cas9というゲノム編集技術を用いることで、遺伝子ドライブは種全体を改変する可能性を持ち、地球規模の問題に対する解決策を幅広く提供することができます。
この技術は、特に外来種の制御に有用です。抗生物質や殺虫剤への耐性に関連する遺伝子などの望ましくない遺伝子の除去を行い、特定の種の拡散を抑制できると考えられます。つまり、農業、疾病管理、自然保護、さらには生物兵器（例えば、特定の病原体をより効果的に伝播させる）など、さまざまな分野で応用が可能なのです。
しかし、どのようにして新しい遺伝子を導入したり、削除したりできるのか、と考える人もいると思います。これには、CRISPR/Cas9という、分子バサミのような働きをする方法を用いて、遺伝子を特定の位置で切断し、そこに変異を導入することができるのです。
その具体的な手法を説明します。まず、科学者たちは、挿入したいDNAの特定の場所を認識する特定のRNAを製造する必要があります。次に、ガイドRNAがCas9と結合し、この2つが「分子はさみ」を形成して、目的の場所で切断できるようにします。これにより、DNAが損傷されます。このように、細胞はランダムに変異を導入することで修復を行うことになる。
しかし、遺伝子ドライブは不可逆的で制御不能な方法であるため、完璧とは言えません。通常、母親が持つゲノム修飾は子孫の半分にしか伝わらないはずですが、遺伝子ドライブのおかげで、父親の染色体にもこの修飾のコピーが保証されるのです。従って、子孫はホモ接合体に見られる改変のコピーを2つ持つことになります。
上の画像は、その様子を表したものです。緑色のDNA断片が修正された遺伝子で、これが集団全体に広がっていきます。画像は、Cas9が両方の染色体に修正遺伝子を挿入している様子を示しています。
実際、いったん遺伝子改変個体が放出されると、後戻りはできず、すべての子孫にほぼ確実に伝染します。この遺伝子操作によって、ある集団のすべての個体がその形質を保持するような連鎖反応を引き起こすことができるのです。
マラリアの場合
マラリアは、マラリア原虫属の寄生虫によって引き起こされる感染症です。マラリア原虫は、その発生過程において、複数の宿主を利用するという特殊性を持っています。
実際、マラリア原虫は蚊とヒトという2つの宿主が関与しています。蚊は唾液腺にマラリア原虫を保有し、ヒトや他の脊椎動物を刺したときに、その原虫を感染させます。
この病気は2億5000万人が罹患し、そのうち毎年90万人が死亡していると推定されています。マラリアは、その蔓延と効果的な治療法やワクチンがないことから、2022年現在でも公衆衛生の大きな課題となっています。この問題に対処するため、多くの科学者が遺伝子工学
・遺伝子ドライブを用いてこの病気と戦おうとしています。
マラリアとの闘い
では、この新しい強力な技術を使って、どのようにマラリアと闘うことができるのでしょうか？この病気を完全に根絶することはできるのでしょうか？実際、それは可能でしょう(1)。しかしながら、遺伝子ドライブはまだマラリアの撲滅には使われていません。この技術はあまりにも強力であり、遺伝子ドライブを野放しに使用するにはまだ危険すぎる為です。
それでも、遺伝子ドライブはおそらく将来いつか使われることになるでしょう。そこで、マラリアを根絶するための2つの方法をここで検証してみようと思います。
そのひとつが個体数抑制(population suppression)です。遺伝子ドライブを用いてメスの蚊を不妊状態にさせることで、ある種の蚊の個体数を根絶するか大幅に減少させることができます。それでもオスの蚊は交尾を続け、子孫を残すので、遺伝子ドライブは拡がります。
ただし、すべての蚊がマラリアを媒介するわけではなく、また、マラリアを媒介するすべての蚊が人間に影響を与えるわけでもないことに注意しましょう。特に危険な蚊の一種であるアノフェレス・ガンビエ(Anopheles gambiae)は、最も危険なマラリア原虫を媒介することができます。もし、アノフェレス・ガンビエを駆除できれば、マラリアを減らすのに最適です。しかし、種全体を根絶することは危険であり、生態系に重要な役割を果たす可能性があります。この点については、現在も議論が続いています。仮に根絶できたとしても、マラリアを媒介する種が他の蚊に取って代わられる可能性があります。はたまた、他の病気を媒介する種に乗っ取られる危険性も考えられます(2)！
マラリア対策には、遺伝子操作による別の手法もあります。遺伝子編集技術によって、科学者はマラリア媒介性の蚊をマラリア抵抗性にすることに成功しました。あとは、マラリア耐性のある蚊に、その遺伝子を集団全体に伝達させるだけです。これは遺伝子ドライブでも実現可能で、集団置換(popoulation replacement)と呼ばれています。下の図は、これがどのように行われるかを示しています。写真の改良型アオカの場合、遺伝子ドライブは数世代で行われます。
まとめ
この記事で学んだことを、少し振り返ってみましょう。まず、遺伝子ドライブがあります。CRISPR/Cas9という技術を用いると、遺伝子を切り貼りすることが可能になります。これを利用して、生物種に各染色体に改変された遺伝子を持たせ、その遺伝子をすべての子孫に伝達させることができます。これは、マラリア対策に利用することができます。マラリアは蚊が媒介するウイルスによって引き起こされ、毎年約90万人が亡くなっています。
そして、遺伝子ドライブを使ったマラリア対策には、実は2つの方法があることが分かっています。ひとつは「個体数抑制」(population suppression)で、ある種の個体数を根絶やしにしたり、大幅に減少させる方法です。もうひとつは、ある種全体を改変する「集団置換」(popoulation replacement)です。
この記事では、遺伝子ドライブを用いたマラリア対策に関するあらゆることを検証してきました。私たちは、遺伝子ドライブというとんでもなく強力な新技法を使うことを選択しても、何も問題が起きないことを祈ります。最良のシナリオは、近い将来、マラリアという悲惨な病気が根絶される歴史的な瞬間に立ち会えるかもしれないことです。
最後までお読みいただきありがとうございます。今後の記事にもご期待ください。
参考文献
- Jennifer Kahn, 2016, “Gene editing can now change an entire species — forever | Jennifer Kahn”
- Hayley Dunning, 2021, “Malarial mosquitoes suppressed in experiments that mimic natural environments”
