ヒトゲノム計画開始から30年、次は何が起こるのか？

2020年12月30日午前7時

国内トップクラスのゲノム研究機関の所長エリック・グリーン氏が、この分野のこれまでの進歩を振り返り、将来への大胆なビジョンを語る。

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1987年、研究者たちがDNAマッピングという新興分野を「ゲノミクス」という言葉で初めて表現した時、エリック・グリーンは医学部を卒業したばかりでした。数年後、彼はこの新興分野の目玉となるムーンショット、ヒトゲノム計画の最前線で働くことになりました。この世界的な取り組みへの米国の参加を主導するため、議会は1989年に国立ヒトゲノム研究所（NHGRI）を設立しました。

翌年にはヒトゲノム全体の解読が始まり、完了までに13年を要しました。それから間もなく、2009年にグリーン氏が研究所の指揮を執りました。当時、NHGRIの使命は、ゲノミクスの分野を医療分野に拡大することへと発展していました。これは、遺伝性疾患の原因となる変異を特定し、それらを診断するための検査と治療法を開発するためのプロジェクトへの資金提供と調整を意味していました。さらに広くは、DNAデータが希少疾患に罹患していない人々にとっても、治療成績を効果的に改善できるという証拠を生み出すことを意味していました。

その方向性を定めるために、グリーン氏の任務の一つは、この分野の戦略的ビジョンを定期的にまとめることです。進歩を称え、技術ギャップを特定し、科学者が最も影響力のある研究分野を追求するよう促すことを目的として、彼のチームは10月に最新の予測を発表しました。グリーン氏と彼の同僚は、2030年までにヒトゲノミクスで実現される可能性のある10の大胆な予測を初めて示しました。その中には、高校生が科学フェアで遺伝子解析を披露し、診療所でのゲノム検査が基本的な血液検査と同じくらい日常的なものになるといった予測が含まれています。

ゲノム配列決定競争が始まってから30年、私たちはおそらく初期ゲノミクス時代の終焉を迎えたと言えるでしょう。この時代は、技術が爆発的に成長し、イヌ、ニワトリ、そしてがん細胞のゲノム配列決定や、安価な家庭用DNA検査の登場といった画期的な進歩をもたらした時代でした。この分野は成熟し、ゲノミクスは生物学のあらゆる分野において、侵略的なオオスズメバチ対策からより美味しいビールの醸造に至るまで、ほぼ遍在しています。ゲノム医療はもはや理論上のものではなくなりました。しかし、広く普及しているわけでもありません。科学者たちはヒトゲノムの地図を作成したとはいえ、まだ完全には理解できていません。グリーン氏はWIREDに対し、次の10年、そしてゲノミクスの次の時代に何が待ち受けているのかについて語りました。このインタビューは、長さと明瞭性を考慮して編集されています。

WIRED：10月はヒトゲノム計画から30周年を迎えました。今日の状況を振り返ってみて、この計画が医学にもたらすであろう影響について、あなたが抱いていた期待はどの程度実現していると思いますか？

エリック・グリーン：私はヒトゲノム計画に初日から関わっていましたが、当時は自分たちが何をしているのか全く分かっていなかったことを、いくら強調しても足りません。人間の取扱説明書である30億文字を読み解くという、大胆な目標を掲げていましたが、それを実現する技術も、方法も、機能するインターネットさえありませんでした。手順書さえありませんでした。ですから、若い医師としてこの仕事に携わった者として、いつかゲノミクスが臨床ケアの一部になるかもしれないという漠然とした想像はしていました。しかし、まさか自分が生きている間に実現するとは思ってもいませんでした。

ほんの10年前まで遡れば、医療現場でゲノミクスを実際に活用している人は誰もいませんでした。当時私たちは、目の前にいる患者さんの病状が分からず、ゲノム配列を解析して原因を解明できるという夢を描いていました。2011年当時は、それは仮説に過ぎませんでした。今では、少なくとも稀な遺伝性疾患の疑いのある人にとっては、日常的な検査となっています。

それは素晴らしいですね。しかし、 ヒトゲノム計画が達成しようとしていた成果には、まだ程遠いものがあります。2000年にホワイトハウスで行われた演説で、当時のNHGRI所長フランシス・コリンズは、「治療医学の完全な変革」が見られるまでにはおそらく15年から20年かかるだろうと述べ、がんから精神疾患まであらゆる疾患に対する個別化治療を約束しました。明らかに、それはまだ実現していません。なぜでしょうか？

一つには、ゲノム情報の複雑さが挙げられます。医師がその情報を活用する準備ができ、患者がそれに基づいて行動する準備ができていれば、私たちのゲノム配列を解析するために1,000ドル（現在の商業価格）を投資することは、生涯にわたる医療という大局から見れば取るに足らないものになるでしょう。ですから、それが問題だとは思いません。問題は、現時点では、一般的に健康な人にとって、その情報をどう扱えばいいのか分からないということです。だからこそ、私はまだゲノム配列を解析していないのです。

まだですか？

いいえ。なぜなら、私たちには配列を生成する技術的能力があり、しかも非常に質の高いものだからです。しかし、目の前にデータがあることと、それが何を意味するのか全て理解していることの間には、大きな隔たりがあります。だからこそ、私たちは大胆な予測の一つとして、すべてのヒト遺伝子の生物学的機能を明らかにする段階に到達することを掲げています。確かに進歩はしていますが、その進歩は数年単位ではなく、数十年単位で測られることになるでしょう。

そのギャップを埋めるための進歩を加速させていると言える新しいテクノロジーはありますか?

今年のノーベル化学賞受賞技術、Crisprについて触れる必要はもうありません。Crisprと聞くと、多くの人は人体への治療法を思い浮かべるでしょう。しかし、はるかに大きな用途は研究室での利用です。Crisprを使えば、人体には絶対に入らないDNAの小さな断片を編集することができます。これらの断片は細胞株や細菌に導入され、編集が機能的な影響を及ぼすかどうかが検査されます。ゲノム編集とゲノム合成の手法が進化し、さらに優れた計算ツールが加わることで、生物学的発見のペースは大きく変わるでしょう。今のところ、私たちは1つのゲノム変異について1本の論文を発表し、少しずつ情報を得ることに頼っています。これではスケールしません。

ですから、何百万回もの変更を加え、膨大な量のデータを生成する段階に到達する必要があります。そして、AIを使ってコンピューターにパターンを見つけるように訓練できるようになることを期待しています。その段階では、実験を行う必要さえなくなるでしょう。なぜなら、過去1000回の実験結果に基づいて、突然変異が何を意味するのかを予測できるからです。今後、こうしたツールが大きな変化をもたらす可能性があります。

すべての生物学的データをデジタル化して分析するというのは、大変な作業のように思えます。

今後私たちが直面する大きな課題のうち、少なくとも半分は計算科学に関するものです。これは良い問題です。ある意味では、私たちは自らの成功の犠牲者と言えるでしょう。シーケンシングによって多くの技術的障壁を打ち破ったため、今や大きな障壁となっているのは、膨大なデータをどう扱うかということです。科学の進歩は、NIHのような機関でさえ、私たちが計画できる範囲をはるかに超えています。もし私が魔法の杖を振ってNIHを再編できたとしたら、データサイエンスをリードする研究所は一つだけになるでしょう。しかし、現状では、そのような研究所は存在しません。

今後 10 年間で課題となると思われるその他の障壁は何ですか?

今、私たちが直面している問題の一つは、すべての保険会社がゲノム配列検査の費用を負担するわけではないということです。これは、診断されていない希少疾患を持つ人々にとって大きな問題です。遺伝子検査が本格的に普及したがん治療や出生前検査では、はるかに大きな成果を上げています。今年は600万人から700万人の妊婦が、胎児の遺伝子異常をスクリーニングするために血液検査を受けることになります。

もう一つの課題は、この技術の普及率の不均衡です。希少遺伝性疾患の患者のゲノム解析と診断は、スタンフォード大学、ハーバード大学、ベイラー大学では非常にうまくいっています。しかし、モンタナ州の地方では全くうまくいっていないのです。そこでの障壁は、主要な大学医療センターではなく、アメリカの中西部の地方で診療を行っている医師たちに、ゲノム医療の知識と理解を深めてもらうことです。私たちが直面するリスクは、既存の健康格差のさらなる悪化です。もし最も裕福で著名な人々だけがゲノミクスにアクセスできるとしたら、それは悲劇です。かつては仮説だったこれらの課題が、今や現実のものとなりつつあります。

NHGRI はこれらの課題にどのように取り組むことを提案していますか?

もちろん、これは複雑です。これらは社会の多くの側面にまたがる問題です。しかし、2021年に私たちが行うことの一つは、研究面と臨床面の両方で、ゲノミクス分野の人材をより多様化するための行動計画を発表することです。人材がより多様化すれば、ゲノミクスは医療においてより均一に取り入れられるようになります。まさにその流れが来ています。

私たちが支援しているもう一つのプロジェクトは、人類の多元的な多様性を完全に捉えたリファレンスゲノムの取得を目指す取り組みです。現在のゲノムではそれができません。アジア中央部の住民をゲノム解析し、その変異を適切にマッチングさせた対照群と比較することで、健康問題の原因となっている可能性のある、あるいは健康問題の発生リスクに寄与する可能性のある稀な変化を評価したいと考えています。もし比較対象となるのが、現在私たちが持っているような、たまたまヨーロッパ人のDNAから作られた標準的なリファレンスだけであれば、大きな誤解を招く可能性があります。したがって、このパンゲノム研究の目標は、医学的解釈のために、祖先を適切にマッチングさせたデータセットを常に利用できるようにすることです。これを実現することも、私たちの大胆な予測の一つです。

ゲノミクスが既に主流の医療の一部となっている分野についてお話されましたが、最も到達が難しい分野はどこだと思いますか？

最も難しい分野は、高血圧、糖尿病、心血管疾患、喘息、自閉症、アルツハイマー病などの一般的な病気を予防することです。私たちはこれらの病気の多遺伝子リスクスコアの開発に着手していますが、それがどれほど正確に予測できるかはまだわかりません。

つまり、これは何千もの微細な遺伝子変異の小さな影響をすべて合計する方法であり、これを 使用して、誰かが これらの一般的な病気を発症するリスクを推定することができます。

そうです。私たちは、多遺伝子リスクスコアを試験的に導入するための大規模な研究調査に投資する主要なプログラムを進めています。その目的は、そのスコアがどれほど予測力に優れているか、そして医療専門家や患者がそのような情報にどう反応するかを検証することです。もう一つの大きな疑問は、それが本当に変化をもたらすかどうかです。例えば、高血圧や早期心臓発作のリスクが高いことを示す遺伝子スコアが提示されたとしたら、あなたは食生活や運動に気を付け、塩分摂取量を減らすでしょうか？医師はその情報に基づいて、35歳から毎年心電図検査を受けるように勧めるかもしれません。しかし、あなたは予約して検査を受けますか？なぜなら、それこそが真の試金石であり、ゲノミクスが実際に人々の行動を変えることができるかどうかが試されるからです。

ゲノミクスと感染症についてはどうでしょうか？新型コロナウイルスがなぜ人によってこれほど多様な症状を引き起こすのかをより深く理解するために、遺伝子データを解析する国内外での 大規模な取り組みについて記事を書いています。この分野は、このパンデミックからの脱却にどのように貢献するとお考えですか？

これらの主要な研究は、今日のバイオメディカルにおいて、ゲノミクスが何らかの形で役割を果たしていない問題はほとんどないことを如実に示しています。そして、これらの研究は、人々の遺伝的特性がCOVID-19への反応にどの程度寄与しているかを解明する上で、非常に重要になるでしょう。

しかし、ヒトゲノム計画の最も重要な遺産の一つは、科学者が遺伝子データを共有する方法を永遠に変えたことだと私は考えています。このパンデミックの時系列を辿ると、ウイルスの最初の報告は12月下旬でした。それから2週間以内に、ウイルスの配列が公開されました。

思い出しますが、あれは実は 私がコロナウイルスについて書いた最初の記事で、それが公衆衛生にとって本当の勝利であるという内容でした。

はい！その配列はすぐにウイルスの検査に使われました。そして、現在効果が実証されているワクチン開発の第一歩となりました。ヒトゲノム計画以前の時代であれば、そんなことは考えられませんでした。研究者たちはウイルスの配列を解析し、論文を書き上げて投稿し、数ヶ月後、論文が発表されたら、その配列を公開していたでしょう。

それが私たちのやり方でした。私たちが登場し、不完全なデータに早期にアクセスする方が、完全なデータに後からアクセスするよりも良いと主張したのです。多くの科学者は、それが研究で認められる可能性を損なうことを懸念していました。そこで私たちは、ジャーナル編集者や資金提供者にも働きかけ、新しいエチケットを作成し、それを遵守させる必要がありました。ヒトゲノムプロジェクトは伝統的な科学プロジェクトではなかったため、これは私たちにとって重要でした。私たちはコミュニティリソースを創造していたのです。ですから、ゲノミクスは、感染症など他の分野における文化的規範を変えた功績を少しは評価されるべきだと思います。ゲノミクスの最も永続的な遺産の一つは、研究のルールを真に変革した点です。

WIREDの年間レビューより