CrisprラボがポップアップのCOVID検査センターになった経緯

自宅待機を要請された最初の670万人のアメリカ人の多くと同様に、エンリケ・リン・シャオ氏も普段よりTwitterに多くの時間を費やしていた。分子生物物理学者である彼は、9月にカリフォルニア大学バークレー校のCrispr研究の第一人者ジェニファー・ダウドナ氏の研究室に加わるため、ベイエリアに移住した。彼のプロジェクトの一つは、広く普及しているゲノム編集技術を改良し、単純な切断ではなく、長いDNA鎖を切断して貼り付けられるようにすることだった。しかし3月16日、地元の保健当局は、新型コロナウイルス感染症のさらなる蔓延を防ぐため、ベイエリアの6郡の住民に自宅待機を命じた。そのため、彼は家に留まり、スクロールしていた。

すると、カリフォルニア大学バークレー校イノベーティブ・ゲノミクス研究所からのツイートが彼のタイムラインに流れてきた。「UCバークレーキャンパスで臨床#COVID19検査体制を確立すべく、全力で取り組んでいます」と書かれており、ボランティア登録ページへのリンクが貼られていた。リン・シャオはクリックした。

翌日、リン・シアオがピカピカのガラス張りのIGIビルの1階に足を踏み入れた時、彼は自分が何に足を踏み入れるのか、はっきりとは分からなかった。かつては狭苦しい実験室だった、普段は遺伝子配列解析プロジェクトに使われていたその空間は、解体作業の最中だった。リン・シアオが見たこともないような人々が、機器のプラグを抜いて運び出していた。また、薬品の入った箱を運び出している者もいた。数日のうちに、そこは新しい機器で埋め尽くされることになる。そびえ立つガラスケースに入ったロボット、危険な病原体を扱うための滅菌フード、そしてテーブルや机、床に散乱した、あらゆる形や大きさの試験管。それから2週間も経たないうちに、リン・シアオと数十人のボランティア仲間は、新型コロナウイルス感染症の最初の患者サンプルの検査を開始する準備を整えている。

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アメリカの検査体制の遅々として進まない混乱を目の当たりにしてきた人なら、なぜ彼らがこの要請に応じたのかは明白だろう。国はより多くの検査を必要としているからだ。最近、カリフォルニア州の検査能力は急増しており、特にクエスト・ダイアグノスティクスやラボ・コープといった民間検査機関が検体採取を開始したことが響いている。しかし、公式集計によると、州は依然として検査結果の処理において大きな遅延を抱えている。水曜日の時点で8万7000件の検査が行われた。しかし、そのうち5万7000件以上がまだ結果待ちの状態だ。そして、検査結果を待っている間、多くの患者が隔離病棟のスペースを占領し、病院の運営に支障をきたしている。

IGIは、新型コロナウイルス感染症の検査体制において依然として大きな空白を埋めるため、迅速に業務を開始した複数の学術研究室の一つです。現在、カリフォルニア州の検査率は全国平均と同水準で、1,000人に1人程度です。対照的に、積極的な検査と接触者追跡によって感染拡大を抑制した韓国では、170人に1人の割合で検査を行っています。しかし、カリフォルニア州の学術研究室を検査体制に開放するまでの道のりは容易ではありませんでした。臨床診断の経験がないCrispr研究者チームが、どのようにしてこれほど迅速に現場に飛び込むことができたのでしょうか。長時間労働、機器サプライヤーとの人脈、規制の限界を試す意欲、そして多額の資金の投入が求められます。

3月9日、数日間海上で停泊した後、クルーズ船グランド・プリンセス号はオークランド港に到着した。同船は、以前の航海で感染した乗客が発見された後、ハワイから戻ってきた。一部の乗客はそのまま船内に留まり、ウイルスを他の人に拡散させていた。しかし、船内の狭い空間で感染リスクの高い3,000人以上の乗客のうち、海上で検査を受けたのはわずか46人で、そのうち21人が陽性反応を示した。残りの乗客については、誰も分からなかった。乗客たちは上陸後14日間の隔離措置に入る際、マイク・ペンス副大統領は全員が検査を受けると約束した。（遅延のため、実際に検査を受けた人はほとんどいなかった。）

乗客たちが下船する中、バークレーの新興・顧みられない病気センター所長ジュリア・シャレツキー氏は、ニュース報道を苛立ちながら見守っていた。連邦政府の検査の失敗は、当時すでに広く認知されていた。当初、疾病予防管理センター（CDC）はすべての検査を自前で行おうとし、検体をアトランタにあるCDC本部に送ることを義務付けていたが、検査の欠陥と需要の急増により計画は頓挫した。2月中旬以降、連邦政府は規制を徐々に緩和し始め、まず州の研究所がCDCのキットを用いて検査を行うことを許可し、その後、臨床認定を受けた他の研究所が独自の検査を行うことを許可した。

しかし、シャレツキー氏にとって、グランド・プリンセス号はアメリカが依然として大きく遅れていることを露呈した。しかし、それは愚かなことだと彼女は思った。ワクチン研究者であるシャレツキー氏は、大学にはCOVID-19のウイルスRNA検査に必要な機器を含む、遺伝子検査機器が溢れていることを知っていた。（人の鼻や喉から採取した綿棒でウイルス固有の遺伝子配列が発見されれば、その人は感染したという確かな証拠となる。）そして、キャンパスには通常、そうした検査を行う有能な技術者や教授陣が揃っている。しかし、カリフォルニア大学バークレー校には医学部がなく、患者の検体を取り扱うための適切な資格をすべて備えた研究室がないのだ。

3月13日、シャレツキー氏はサンノゼのマーキュリー ・ニュース紙に社説を寄稿し、新型コロナウイルス感染症の検査に参加を希望する学術研究機関に対する規制緩和を連邦政府に求めた。「何が私たちを阻んでいるのか？官僚主義だ」と彼女は書き、検査開始に必要な検査機関の認証取得にかかる時間を列挙した。人体実験を行うすべての研究機関を規制する「臨床検査室改善修正条項」による認証取得には数ヶ月、新型コロナウイルス感染症検査の実施にはFDA（米国食品医薬品局）の許可取得には数週間、ウイルスサンプルの取り扱いには数週間かかる。もう一つの問題は資金だった。新たな資金注入がない限り、国立衛生研究所（NIH）などの資金提供機関から、他の研究に充てるべき助成金の再配分許可をどうやって得るのだろうか？

シャレツキー氏は、自身の論説記事が掲載された同じ日に、ジェニファー・ダウドナ氏がIGI（クリスパー研究拠点）の中核メンバーに向けて熱烈なスピーチを行っていたことを知らなかった。IGIは設立3年目のCrispr研究拠点であり、ダウドナ氏はIGIの事務局長を務めている。出席者によると、普段は控えめなCrisprの共同発見者である彼女は、講堂に座る同僚たちを見上げ、「皆さん、IGIは立ち上がり、このパンデミックに立ち向かわなければならないという結論に至りました」と語ったという。

「それを聞いた時、自由の女神がトーチではなくマイクロピペットを掲げているような光景が目に浮かびました」と、IGIの科学ディレクターであるフョードル・ウルノフ氏は語る。IGIでは、Crisprを用いた診断法や遺伝子治療の開発といった既存の取り組みを含め、一部の研究がCOVID-19関連へと重点的に移行していく中で、ダウドナ氏はウルノフ氏に、検査問題に根本から取り組むための新たなチームを編成するよう指示した。

理論上は、州の公衆衛生研究所や大規模な民間検査機関で行われているようなCOVID-19検査を行うために必要なものはすべて揃っていた。これらの検査は、患者の鼻や喉に漂うコロナウイルスの遺伝物質の断片を拾い出して増幅する、数十年前からあるRT-PCRと呼ばれる技術に基づいている。この検査には、サーモサイクラーと呼ばれる装置と、その使い方を熟知した人材が必要だ。しかし、ほとんどの微生物学研究室は、こうした人材で溢れている。なぜなら、遺伝子や遺伝子編集の研究をする際には、RT-PCRが頻繁に登場するからだ。バークレーには、その両方が豊富にあった。

しかし、ごく最近まで、連邦政府はこれらの研究者が誰でも診断検査を行うことを許可していませんでした。米国食品医薬品局（FDA）の規則により、診断を提供する目的で患者の検体を検査できるのは、CLIA認定を受けた検査機関のみです。

3月16日、検査をより広く利用できるようにするという圧力が高まり続ける中、FDAは方針を更新し、臨床検査施設の規制責任を各州に移譲した。「連邦政府は完全にこの厄介な問題から手を引いたのです」とシャレツキー氏は言う。その後の州の指針により、研究者たちは同月初めに発令されたギャビン・ニューサム知事の行政命令に頼ることができた。この行政命令は、CLIA認定ラボでCOVID-19検査を実施する者に対する州の免許要件を撤廃するものだった。その結果、IGIの研究者たちは、認定を与えてくれる臨床検査室を見つけることができれば、数ヶ月にわたる研修を省略することができた。

キャンパス内のあらゆる検査室の中で、実際の患者から採取した検体を処理できる適切な認証を取得していたのは、学生健康センターだけだった。しかし、その場所は理想的とは言えなかった。主要な医療センターであるカリフォルニア大学サンフランシスコ校の臨床検査室には40人の技術者が勤務し、交代制で24時間体制で働いているのに対し、バークレーの学生健康センターは通常わずか2人しかいない。さらに、COVID-19の検査に必要なバイオセーフティ設備も整っていなかった。

そのため、2人の技術者はコロナウイルスの疑いのある患者から採取した検体を近くの民間検査機関に送っていました。しかし、検体の殺到と必要な検査試薬の調達に手間取り、カリフォルニア大学バークレー校に結果が戻るまでに1週間かかっていたと、大学の保健サービス担当副学長補佐のガイ・ニコレット氏は言います。その結果、保健センターは重症または基礎疾患のある高リスク患者にのみ検査を指示してきました。3月に検査を受けた学生はわずか30人でした。「理想的な状況であれば、検査を希望するすべての人に検査を提供できるはずです」とニコレット氏は言います。「だからこそ、検査能力をその目標にさらに近づけてくれる研究者と提携できることを大変嬉しく思っています。」

学生健康センターのCLIA認証をIGI1階にある2,500平方フィートのラボにまで拡大することが、最終的に検査結果を提供できるための鍵となりました。しかし、まずは新しい検査ラボを建設する必要がありました。必要な機器とソフトウェアをすべて揃えるには、IGIのCrisprラボの購入、借用、そして既存設備の流用など、様々な手段を講じる必要がありました。

RT-PCR検査の流れは、3つの基本的なステップで構成されています。ステップ1：患者の検体中に存在する可能性のあるウイルスRNAを抽出します。ステップ2：ウイルスの遺伝物質が存在する場合、そのコピーを多数作成します。ステップ3：これらのコピーを陽性または陰性の検査結果として読み取り、患者の電子健康記録に安全に送信します。

RNA抽出は手作業で行うことができ、公衆衛生研究所やその他の小規模な施設ではよくあることです。様々な化学物質、酵素、そしてウイルスのRNAを捕捉する小さなビーズを、慎重に調整しながら添加する必要があります。しかし、何百ものサンプルに対してこれらの手順を何度も繰り返すと、時間だけでなく、エラーが発生する可能性も高くなります。この両方を最小限に抑えるため、IGIの担当者は新しいロボットの購入を決定しました。ハミルトン社製のSTARletと呼ばれるロボットは、100本の患者サンプルチューブを一度に取り込み、それぞれのチューブ内の液体を96ウェルプレート上のバーコード付きディンプルに移すことができます。

CDCが当初COVID-19検査に推奨していた旧式のPCR装置を使い続けていたのであれば、それでも問題なかっただろう。しかし、新型の装置は4倍の検体数（一度に384検体）を、より迅速かつ正確に処理できる。これほどの規模でRNAを抽出するために、IGIのチームは、今は静かになっている2階のCrisprラボの一つから、別の液体処理ロボット（40万ドルのHamilton Vantage）を借りてきた。このロボットは、96ウェルの患者検体プレートを取り込み、ウイルスRNAを精製し、PCR検査に適した384ウェルのプレートに変換する。しかも、人間のボランティアが操作する必要は一切ない。

PCR機器の調達に奔走していた人々の一人に、カリフォルニア大学バークレー校の進化生物学教授、ノア・ホワイトマン氏がいた。ダウドナ氏の熱烈な演説とシャレツキー氏の痛烈な論説記事に先立つ3月9日、ホワイトマン氏はTwitterで同僚たちに呼びかけ、地域の新型コロナウイルス感染症検査施設が不足した場合に備えて、保有するPCR機器の在庫状況を公開するよう求めていた。「できればリストは必要ないだろう」とホワイトマン氏は当時投稿し、すぐに約30台の機器のリストをGoogleドキュメントにまとめた。

IGIのチームは、そのリストをくまなく調べ、一度に384検体を処理できる新型のPCR装置を探しました。適切なブランドのPCR装置を選ぶだけでなく、付属機器も選ぶことが重要でした。試薬、綿棒、そして綿棒を保管するための適切なチューブまで、いつでも使えるようにしておく必要がありました。そうしないと、研究室で将来的に綿棒が不足する事態に陥る恐れがあります。「多くの研究室で綿棒が不足しています」とシャレツキー氏は言います。「私たちの研究室にも綿棒がないわけではありません。いざという時には綿棒を使うこともできますが、規制のため、すべての再検証には数週間かかります。」

リン・シャオ率いるIGIの検査プロトコルチームは、FDAの緊急使用承認を既に得ていたサーモフィッシャー社のキットを採用することにした。同社は既に100万個のキットを先行生産していた。そこでIGIは、一部の教授陣と共に、自社の資金を投入して大量のキットを備蓄した。ウルノフ氏は、研究所がサーモフィッシャー社のキットだけで既に30万ドルを費やしていると推定しており、今後数ヶ月でさらに大量に購入する予定だ。「文字通り資金を燃やしているようなものです」と彼は言い、パンデミックの時期に寄付金を温存することは「私たちの信条の全てに反する」と付け加えた。

「連邦政府からは一切資金を受け取っていない」とシャレツキー氏は言う。

しかし、これらのキットを最新の装置で動作させるには、キットを改造し、より高密度に詰め込まれた384ウェルプレートに合わせて小型化する必要がありました。そこでロボットの出番です。「RNA抽出を手作業で行うなら、ロボットは使いません。液体のサイズが小さすぎて人為的なミスが発生しやすいからです」とリン・シャオ氏は言います。「ロボットははるかに正確です。だからこそ、最終的には1日4,000サンプルまでスケールアップできるのです。」

（ホワイトマン氏は、このリストが役に立ったのはバークレー校だけではない、リストに載っていたPCRマシンの少なくとも1台がUCSFに送られ、そこでのハイスループット検査の取り組みに役立てられたと指摘している。）

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バークレーでは、ロボットチームがロボットのプログラミング、プロトコルチームがプロトコルの小型化に取り組んでいる間、SalesForceや検査情報会社Third Wave Analyticsの幹部を含む他のボランティアたちが、電子的な保管管理ソフトウェアの設定とテストに忙しく取り組んでいました。このソフトウェアは、各サンプルに固有のバーコードに基づいて追跡します。このHIPAA準拠のコードは、最終的に、各サンプルが検査プロセスのどの段階にあるか、そして検査の最終結果も含め、検査を依頼した医師に情報を送信する役割を担います。

一方、保健センターは、研究所の通常業務を監督するために元技術者を引退から復帰させ、一方で、カリフォルニア大学デービス校から認定を受けた研究所長を招聘して新型コロナウイルス感染症の検査を監督させた。リン・シャオ氏に加えて、数時間のうちに861人がIGIのボランティア募集に応じた。RNA抽出やPCRの経験がある、より資格のある数十人は、CLIAコンプライアンスに関する研修を受ける必要があった。彼らは、患者の検体を扱う際にマスクや手袋などを適切に着用する方法を学んだ。また、別の研究所から引きずり降ろして1階に再組み立てした、滅菌された負圧の作業スペースであるバイオセーフティキャビネットでの作業方法も学んだ。

今週、IGIのボランティアたちは最後の検証研究を行っている。これは、20回中19回同じ検出限界に達し、他の研究所で得られた陽性および陰性の結果を再現することを含む。FDAのゴーサインを待つ必要はないが（研究所は承認を得るために検証データを提出するまで最大15日間あり、その間に技術的には患者サンプルの検査を開始できる）、IGIはレビューで検査がうまく機能することが証明されるまで待つことを選択した。「私たちはこの分野の経験が浅いので、後から患者に結果が間違っていたと伝えなければならない立場にはなりたくないのです」とリン・シャオは言う。ゴーサインが出たら、ボランティアたちは3つのチームに分かれて、1日2交代制の5時間勤務を担当する。誰かが病気になった場合には、ソーシャルディスタンスを保った「戦闘中尉」が交代する。

IGIの検査体制の拡充には、現時点では限界がある。月曜日に開始予定で、1日数百件の検査を行う予定で、チームは2台の旧式PCR検査機で手動プロトコルを実行する。ウルノフ氏によると、今月下旬にはロボットの検証が完了し、必要に応じて1日4,000件まで検査数を増強する予定だ。当初はカリフォルニア大学バークレー校の職員と学生のみが検査対象となり、管理者はイーストベイ地区の他の病院からの検体受け入れ開始の承認取得に向けて作業を進めている。「地域住民からの検体を受け入れたいと考えています」とシャレツキー氏は言う。「それが当初からの目標でした。」

ベイエリアの他の医療センターもハイスループット検査を提供しています。例えば、UCSF（カリフォルニア大学サンフランシスコ校）では、現在1日400件の検査を処理できると、同校の医学部長ボブ・ワクター氏は述べ、これは医療システムの現在の臨床ニーズを満たすのに十分な量です。これにより、UCSFの検査施設は、独自の検査設備を持たない地域の医療機関からの検査も引き受けられるようになりました。しかし、他のほとんどの病院は、検査結果を4～5日で処理する民間または州の検査機関に検体を送るしかありません。

ワクター氏は、数日待つことが問題になることもあると指摘する。医師たちは検査結果を待つ間、安全のために呼吸器系の問題を抱える患者を新型コロナウイルス感染症の疑いのある患者として扱わざるを得ないことが多い。つまり、ますます不足する隔離室に患者を配置し、彼らと接する医療従事者はマスク、メガネ、手袋、その他不足が続く個人用防護具（PPE）の着用を義務付けることになる。「適切な治療を受けていないのではなく、必要なベッドを奪っているのです」とワクター氏は言う。「患者が戻ってくると、大多数は陰性です」

オークランドのアルタ・ベイツ・サミット・メディカルセンターの救急室呼吸器科医兼医療ディレクター、クリス・クリー氏はWIREDに対し、患者をより迅速に除外できれば、新型コロナウイルス感染症患者の急増に備えて、病院はマスクや手袋などの防護具の供給をより適切に管理できると語った。今のところ、呼吸器症状を訴えて来院する患者のうち、新型コロナウイルス陽性患者はまだ少数派だ。しかし、検査結果が判明するまでは、彼女をはじめとする医療従事者は、彼らを新型コロナウイルス感染症患者と同様に扱い、接するたびに防護具を着用する必要がある。「陰性と分かるまで、隔離を解除することはできません」とクリー氏は言う。

先週、彼女の病院の検査ラボがようやく稼働を開始し、今では12時間から24時間以内に新型コロナウイルス感染症の検査結果を処理できるようになったとクリー氏は語る。それ以前は、大手民間検査機関クエスト・ダイアグノスティクス社からの結果を最大1週間待っていた。アトランティック誌の最近の調査によると、この検査機関がカリフォルニア州の検査遅延の一因になっているという。（クエスト社の担当者はコメント要請に応じなかった。）病院の検査ラボが結果の分析を開始して以来、オークランドにあるアルタベイツ病院の2つのキャンパスでは、医療従事者が1日に使用するN95マスクが6,000枚から1,000枚に減ったとクリー氏は言う。「処理時間の短縮は、不足が進む個人用防護具（PPE）を余らせる上で大きな違いを生みました」と彼女は言う。

少なくともベイエリアでは、ソーシャルディスタンスが予測通りの効果を上げているという明るい兆候が見られる。感染者数の増加カーブは平坦化に向かっているかもしれない。しかし、だからといって検査の必要性がすぐになくなるわけではない。「州や国が無症状者や軽症者に対する検査を十分に実施しているかどうかという点は全く別の話です」とワクター氏は言う。「検査体制は依然としてひどく不十分です」。生活をある程度正常な状態に戻すことを考えるだけでも、迅速かつ正確な検査体制を整え、感染拡大が再燃する前に封鎖する必要がある。

リン・シャオのようなボランティアが、6カ月後もまだCOVID-19の検査を続けられると願っているわけではない。いつかクリスパーに戻りたいと思っている。だが今は、貢献できる機会に感謝し、1日12時間から16時間労働にもかかわらず、Twitterに費やす時間を減らす理由ができたことを喜んでいる。「家族はそれぞれ違う国にいます。コスタリカ、ドイツ、台湾、そしてここです」とリン・シャオは言う。家族全員が同時に世界的な脅威に直面するのは初めてだ。そして、長年かけて微量の液体を動かしてきたことが、誰かの人生をより良く変えられるかもしれないと感じたのも初めてだ。「ただ座っているのではなく、このパンデミックを抑えるために自分の役割を果たすことができて嬉しいです」と彼は言う。

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