CRISPR-Cas9は細菌の免疫系をプログラム可能な遺伝子編集へと変えた

細菌はCRISPRアレイを用いてウイルスから身を守る。短いRNA断片が過去の侵入者を記憶し、ヌクレアーゼを一致するDNAへ導き、細胞がそれを切断する。2012年、エマニュエル・シャルパンティエとジェニファー・ダウドナは、このシステムがプログラム可能であることを示した。設計されたガイドRNAを供給することで、Cas9を試験管内の選択したDNA配列の切断へと導くことができた。

画期的だったのはその取っ手の部分である。従来の編集ツール（ジンクフィンガー、TALEN）では標的ごとに新しいDNA結合タンパク質を設計する必要があり、時間も費用もかかったが、CRISPR-Cas9では新しい20ヌクレオチドのガイドRNAを合成するだけでよい。標的の付け替えは、数週間のタンパク質工学から数日のRNA合成へと変わった。

ダウドナとシャルパンティエが共同研究者とともに執筆した2014年のNatureレビューは、2本のRNA構造をどのように簡素化できるか、そしてその機構を生きた細胞でのゲノム工学にどう活用できるかを示した。簡便さ、精度、低コストの組み合わせにより、数年以内にこの手法は遺伝子編集の支配的な方法となった。

自然のプログラム可能なヌクレアーゼを借りる

ガイドRNAの設計がタンパク質工学に取って代わるため、標的の付け替えは安価で迅速である。

このシステムは本来プログラム可能であり、特異性は誰でも合成できる短いRNA配列に宿っている。

1つのヌクレアーゼがほぼあらゆる標的に機能するため、このツールは特注品ではなく汎用品である。

編集は細胞自身の修復機構が行うため、追加の編集エンジンは不要である。

ツールの最も難しい部分は、しばしばすでに自然の中で解決されている。賢い一手は、その生物学的機構を見つけ出し、人間が制御できる取っ手を加えることである。

CRISPR-Cas9は生物学、医学、農業の分野で標準的な遺伝子編集ツールとなり、ダウドナとシャルパンティエは2020年のノーベル化学賞を受賞した。その後、真核細胞におけるCRISPRの利用をめぐり、カリフォルニア大学バークレー校とブロード研究所の間で激しい特許紛争が起きた一方、鎌状赤血球症やその他の遺伝性疾患に対する臨床試験は、約束から承認された治療へと進んだ。