CRISPR技術:ゲノム編集の10年は始まりに過ぎない

CRISPR技術:ゲノム編集の10年は始まりに過ぎない

CRISPR technology: A decade of genome editing is only the beginning

JY Wang, JA Doudna
SCIENCE
20年2023月
379 巻 , 6629 号
DOI: 10.1126/science.add8643

ゲノム編集技術としてCRISPR-Cas9が発表されてから１０年で、CRISPRツールボックスとそのアプリケーションは、基礎生物学研究と応用生物学研究を大きく変えました。WangとDowdonaは現在、CRISPRベースのゲノム編集の起源と有用性、技術の成功と現在の限界、そしてイノベーションとエンジニアリングが必要な場所をレビューしています。著者らは、CRISPRゲノム編集技術の開発における重要な進歩について説明し、この分野がどこに向かっているかについて予測しています。彼らはまた、CRISPRがすでに社会にどのように影響しているかを示す医学と農業の具体例を強調し、将来への刺激的な機会をもたらすとしています.

構造化アブストラクト

バックグラウンド

分子生物学、遺伝学、ゲノミクスの分野は重要な岐路に立っており、知識と方法の収束により、細胞や生物の特定の塩基対やDNAのセグメントを編集することが技術的に可能になり、信じられないほど便利になった歴史の瞬間です。クラスター化された規則的に間隔を空けた短い回文反復(CRISPR)ゲノム編集の出現は、コンピューティングおよびイメージング機能の進歩と相まって、人間の病気を診断し、個人の遺伝学に基づいて個人の感受性を予測するだけでなく、その情報に基づいて行動することもできる新しい時代を開始しました。同様に、植物の形質の原因となる遺伝子を特定し、迅速に変更することで、農業研究と植物育種のペースを変えることができます。このテクノロジーコンバージェンスのアプリケーションは深遠で広範囲に及び、現在も進行中です。ゲノム編集技術としてCRISPR-Cas9が発表されてから24年で、CRISPRツールボックスとそのアプリケーションは生物学的研究を大きく変え、遺伝病の患者だけでなく、農業慣行や製品にも影響を与えました。ゲノム医療分野の具体例として、ヒトゲノムの完全な配列を5時間以内に取得することが可能になりましたが、最初の配列の生成に５年かかったことを考えると、驚異的な進歩を遂げました。特に、強力なCRISPRゲノムエディターを設計して使用し、そのゲノムから臨床的に実用的な情報を取得することは、以前はほぼ難治性の課題でしたが、今では数日しかかかりません。その他の背景および関連トピックについては、CRISPRシステムの微生物学および構造生物学の詳細なレビューと、この技術のかなりの倫理的および社会的課題に関する記事を読者に紹介します。

進歩

過去9年間で、RNAプログラムゲノムエディターの発見、エンジニアリング、および展開が多くのアプリケーションにわたって行われてきました。CRISPR-Cas9の最も基本的な活性を活用して、遺伝子または遺伝子調節要素に標的遺伝子破壊を引き起こすことにより、科学者は、ノックアウトマウスやその他の動物モデルの迅速な作成、遺伝子スクリーニング、およびマルチプレックス編集のための成功したプラットフォームを構築しました。従来のCRISPR-Cas9誘発ノックアウトを超えて、塩基編集(DNA塩基の化学的性質を変化させる酵素に融合したCas<>を操作する技術)も、部位特異的で正確な点突然変異を生成するための非常に有用な戦略を提供しました。過去<>年間、科学者はCRISPR技術を、生物学的機能を調査し、遺伝的相互作用を分析し、人間の病気と闘い、作物を設計するための戦略を通知するための容易に適応可能なツールとして利用してきました。このレビューでは、CRISPRベースのゲノム編集の起源と成功をカバーし、編集の精度と精度の向上、正確なプログラム可能な遺伝子配列挿入のための戦略の実装、CRISPRエディターのターゲットデリバリーの改善、アクセスと手頃な価格の向上など、最も差し迫った課題について説明します。新たな遺伝子挿入技術や新しいデリバリーモダリティなど、これらの課題に対処する現在の取り組みを検証し、さらなるイノベーションとエンジニアリングが必要な場所について説明します。CRISPRゲノムエディターはすでに医学と農業に展開されており、このレビューでは、鎌状赤血球症を治療するCRISPRベースの治療法、より栄養価の高いCRISPR編集トマト、高収量で耐病性のCRISPR編集小麦などの主要な例に焦点を当て、CRISPRの現在および潜在的な将来の社会への影響を説明します。

前途

今後10年間で、ゲノム編集の研究とアプリケーションは拡大し続け、機械学習、生細胞イメージング、シーケンシングなどの技術の進歩と交差します。発見と工学の組み合わせにより、CRISPRツールボックスが多様化および改良され、現在の課題に対処し、基礎研究と応用研究の両方でより幅広いアプリケーションが可能になります。CRISPRゲノム編集の到来時と同様に、科学的好奇心と社会に利益をもたらしたいという願望の組み合わせが、CRISPR技術の次の10年間の革新を推進します。

CRISPR:過去、現在、そして未来

過去10年間のCRISPR技術は、遺伝子ノックアウトの生成、ノックアウトマウスやその他の動物モデルの作成、遺伝子スクリーニング、およびマルチプレックス編集のためのプラットフォームの構築に焦点を当ててきました。医学と農業におけるCRISPRのアプリケーションはすでに始まっており、社会の要求がCRISPR技術のさらなる革新を推進するため、今後10年間の焦点として機能します。

要約

クラスター化された規則的に間隔を空けた短い回文反復(CRISPR)ゲノム編集の出現は、コンピューティングおよびイメージング機能の進歩と相まって、遺伝病と個々の疾患感受性が予測可能で実行可能である新しい時代を開始しました。同様に、植物の形質に関与する遺伝子を迅速に特定して変更することができ、農業研究と植物育種のペースを変えることができます。このレビューでは、ヒトの細胞、動物、植物におけるCRISPRを介した遺伝子操作の現状と、関連する成功と課題について説明し、この技術の将来のロードマップを提示します。