Crispr は人類の次のウイルスキラーとなるか？

2月19日、スタンフォード大学生物工学部の博士課程に在籍するティム・アボット氏は、遺伝子操作技術Crisprをコロナウイルスと戦うための研究チームの一員として、実験結果を確認した。アボット氏は、がん細胞などに干渉して病気と闘うCrisprツールの開発のパイオニアであるスタンリー・チー氏の研究室で働いていた。同研究室がPAC-MAN（ヒト細胞における予防的抗ウイルスCrispr）と呼ぶ手法を用いて、コロナウイルスにCrispr魚雷を向け、ヒト細胞への侵入を可能にするウイルスの遺伝子構造を攻撃し、細胞の自己複製機構を利用するというアイデアだった。

イラスト付き女性、吹き出し、ウイルス細胞

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この実験では、彼はSARS-CoV-2（科学者が新型コロナウイルスと呼ぶウイルス）を検出・破壊するための研究所のCrisprベースのシステムを、そのウイルスの不活性な合成断片を含む溶液に導入しました。他のCrisprシステムと同様に、このシステムも酵素といわゆる「ガイドRNA」の2つの部分で構成されています。RNAは酵素（この場合はCas-13d）をコロナウイルスのゲノムの特定の場所に引っ掛け、そこで一連の切断を行うように指示します。これは、料理本をスキャンしてSARS-CoV-2のレシピが書かれたページだけを切り取るようにプログラムされたハサミのようなものだと考えてください。

アボット氏はデータを分析した後、プロジェクトを管理する研究科学者マリー・ラルーサ氏を招き、観察結果を検証した。コロナウイルスを標的としたCrisprは、溶液中のウイルス量を90%減少させた。この殺菌率は、効果的に投与されれば、ヒトにおけるウイルスの感染を阻止するのに十分な可能性があると研究者たちは理論づけた。

この結果は、先週末に発表された論文（プレプリント形式で査読前）に含まれる他の結果と併せて、インフルエンザからコロナウイルスに至るまで、致死的なウイルスに対する新たなCRISPRベースの兵器を開発する時代に入りつつある可能性を示唆している。「PAC-MANアプローチは、新たなパンデミック株に対処するための、迅速に実行可能な汎コロナウイルス戦略となる可能性がある」と著者らは記している。

しかし、自宅隔離から飛び出して歓声を上げる前に、「可能性」という言葉に下線を引いてください。スタンフォード大学のチームが率直に認めているように、彼らの論文は動物や人間で試験できる実際の治療法というよりは、青写真、あるいは概念実証に近いものです。このプロジェクトには、実際のコロナウイルスでPAC-MANを試験できなかったという事実など、いくつかの重大な課題があります。彼らはまだ、それを人間の細胞に導入するシステムを開発していません。そして、カリフォルニア大学バークレー校分子細胞生物学部のフョードル・ウルノフ教授が指摘するように、たとえうまくいったとしても、プレプリントから臨床試験まではまだ長い道のりがあります。「率直に言って、このアプローチを今後4～6ヶ月で人間で試験できる可能性はゼロです」とウルノフ教授は言います。「例えとして、私たちが月に行って安全に帰ってくるとしたら、この研究は脱出速度を達成するロケットを作れることを示しています。」

いいえ、即効性のある解決策ではありませんが、壮大な計画に取り組むのは悪い考えではありません。「人類史において、私たちは今、13世紀（検疫）、17世紀（医薬品）、18世紀（予防接種）に開発された既存のツールをはるかに超えた、あらゆる思慮深いアイデアを追求すべき段階に立っています」と、シカゴ大学社会倫理プログラム担当学長上級顧問のローリー・ゾロス氏は述べています。「Crisprは非常に新しい技術で、ヒトの疾患に対する効果がほとんど証明されていませんが、効果があるのは理にかなっています。」

Crispr技術の遺伝子編集力は、当初は遺伝性疾患の治療に用いられていましたが、近年では感染症の治療にも活用されています。例えば、学界内外の複数のチームが、Crisprを用いたより効果的な検査方法の開発に取り組んでいます。民間企業のマンモス・バイオサイエンスは、検査結果を数時間から30分未満に短縮する新型コロナウイルス感染症（COVID-19）の検査方法を開発したと主張しています。シャーロック・バイオサイエンスは、妊娠検査のように検査ストリップで陽性反応が出る検査を可能にするプロトコルを開発しました。

インフルエンザやその他の感染性ウイルス対策を目的とした既存のプロジェクトから、Crisprを実際にコロナウイルスの予防や治療に活用する取り組みも生まれています。2018年、DARPAは「Prepare」と呼ばれる4年間のプログラムを開始しました。公募要項によると、このプログラムは遺伝学的アプローチを用いて「将来、人間に適用できる新たな医療対策を開発する」ことを目的としています。スタンフォード大学のQi研究室も、この助成金を受けた複数の研究室の一つです。2019年4月、彼らはCrisprを用いたインフルエンザ対策の研究を開始しました。当然のことながら、今年初めにコロナウイルスが蔓延すると、研究チームはこの状況に注目し、1月下旬には私たちの生活様式を変えたこのウイルスに焦点を移しました。

この特定のウイルスへの対処は困難を極めました。チー氏によると、コロナウイルスは3万ヌクレオチドから構成されており、Crispr技術を用いたガイドRNAは22ヌクレオチドの領域しか切断できません。攻撃に最適な部位を特定するには、バイオインフォマティクスを用いた膨大な計算と実験が必要でした。

チー氏によると、この攻撃自体は標的に影響を及ぼす二重の遺伝子攻撃である。「一つは、ヒト細胞内のウイルスゲノムの濃度を低下させることです」と彼は言う。「もう一つは、ウイルスが自身の複製を作り出し、体の防御機構を圧倒するために使用するウイルスタンパク質の生成を阻害することです」。

攻撃の性質から、アーケードというニックネームが生まれた。「ビデオゲームが好きなんです」とQi氏は言う。「パックマンはクッキーを食べようとしますが、ゴーストに追いかけられます。しかし、パワークッキーと呼ばれる特定の種類のクッキー（今回の場合はCrispr Cas13で設計されます）に遭遇すると、突如として非常に強力になります。ゴーストを食べ始め、戦場全体を一掃し始めることができるのです。」

しかし、PAC-Man が何かを掃除できるようになる前に、スタンフォード大学の研究グループは、彼らのコンセプトが実際の人間の体内で機能することを証明するために、多くの作業を行う必要があります。

これまでのところ最大の注意点は、実験に実際のSARS-CoV-2コロナウイルスを使用していないことです。十分な数のコロナウイルスサンプルを入手できず、またこの危険なウイルスを扱う権限もなかったため、チー氏の研究グループは、実際のウイルスの代替として、関連する遺伝的特徴を発現していると考えられる、いわゆる合成非複製型ウイルスを作成しました。

スタンフォード大学の研究グループは、生きたウイルスがなくても、この研究結果は重要だと主張している。「コロナウイルスの断片を使うことで、標的として干渉できる領域があることを示しています」とアボット氏は語る。「これは単なる概念に留まらず、最終的には迅速に展開できるものへと発展していくでしょう。」

しかし、他の研究者たちは、ウイルスを無力化できることを証明するには、本物のウイルスを使う必要があると主張している。「これらのウイルスは急速に複製します」と、ジョージア工科大学のフィリップ・サンタンジェロ教授は述べている。彼は、インフルエンザ様ウイルスのアウトブレイク対策として、CRISPRをベースとした同様のアプローチに取り組んでいるチーム（DARPA Prepare助成金も受けている）の一員であり、現在はコロナウイルスを研究している。「彼らの研究は、そうした動態を扱っていません」

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もう一つの問題は、Crisprを用いたウイルス治療のための実証済みの送達システムがまだ存在しないことだ。Crispr医療における継続的な課題の一つは、治療薬を適切な細胞に届ける方法だ。コロナウイルスとの戦いが繰り広げられる肺は、特に厄介な戦場だ。アクセスが比較的困難で、標的への到達を妨げる可能性のある粘液が満ちている。Qi氏は、いくつかの選択肢があるものの、PAC-MAN RNAをウイルスに導入する理想的な方法はまだ見つかっていないと述べている。もしかしたら、この問題に対する誰かが既に解決策を見つけているかもしれないと彼は示唆する。「だからこそ、論文をこれほど早く投稿したのです」と彼は言う。「もしかしたら、驚くべき送達方法を持っている人がいるかもしれません」

ジョージア工科大学のサンタンジェロ教授率いるチームは、他の複数の大学と共同研究を行っており、その解決策はネブライザーにあると考えている。ネブライザーとは、被験者がCRISPRベースの治療薬を吸入できるミスト吸入装置である。実際、今週、彼らはマウスを用いてネブライザーとCRISPRの組み合わせを試験している。

最後に、論文のタイトルは、新型コロナウイルス対策としてCrisprを「予防戦略」として用いることを説明しています。これは、未感染者をウイルスから守るために設計されたシステムを意味します。しかし、Crisprはまだ非常に新しい技術であり、米国ではこれまでにFDA承認を得たCrisprを疾患治療に用いたヒト臨床試験はわずか3件しかありません。いずれもCrisprによる損傷は確認されていませんが、研究者たちは慎重な姿勢を崩していません。遺伝子組み換え細胞をヒトに導入した過去の実験では、重度の炎症が引き起こされ、場合によっては患者が死亡、あるいは死に瀕したケースもあったからです。

「これは解決すべき問題の一つです」とラルーサ氏は言う。「もし免疫システムがそのタンパク質を体内に取り込むことを嫌うのであれば、リスクとリターンのバランスを考えると、治療としてのみ使用する方が良いかもしれません。」

そして最後に、他の新しい治療法と同様に、ウイルスに対するCrispr予防法は、動物と人間の両方でテストされ、その後FDAの厳格な審査プロセスを通過する必要がある。

とはいえ、スタンフォード大学の論文は将来、画期的な出来事として捉えられるかもしれない。Crisprを基盤としたシステムの究極の可能性は、新たなウイルスの遺伝子標的を特定すれば、既存の治療法の変更がよりシンプルなプロセスとなり、迅速に実施できるようになることだ。「ですから、将来的には、どのウイルスと戦っているかに全く依存しないシステムが実現するかもしれません」とアボット氏は語る。「たった一つのシンプルな部分を変えるだけで、あっという間に、この新たな新型ウイルスから身を守ることができるのです」（ただし、この治療法の新たな用途については、FDAの承認が必要だとアボット氏は認めている）。

おそらくこれが、バークレー大学のウルノフ教授がスタンフォード大学の論文を「人類の健康に対する新たなウイルスの脅威にどう対処するかという全体的なジグソーパズルの中で、重要だが唯一のピースからは程遠い」と評した理由の一つだろう。

確かに、今まさに完成したパズルが切実に必要です。しかし、この興味深い、しかしまだ推測の域を出ないプレプリントは、次のパンデミックが到来する頃には、現在のワクチンや薬よりも多くの武器が使えるようになるかもしれないことを示唆しています。今のところ、外出自粛中なので、私たちが目にするパックマンはビデオスクリーン上だけでしょう。

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