長い間、ゲノム内の遺伝子を変更または編集することは、かなりの労力と費用がかかるプロセスでした。このための以前の方法はあまり正確ではなく、非常に時間がかかりました。しかし数年前、研究者らは細菌がウイルスの攻撃から身を守るメカニズム、つまりゲノム内のいわゆる「クラスター化された規則的に間隔をあけられた短い回文反復」、略してCRISPRを発見した。これらの遺伝子セクションは、酵素 Cas9 とともに、DNA 配列を特異的に切り取ったり、ゲノム内の非常に特定の位置に挿入したりする能力を持っています。それ以来、CRISPR/Cas9 遺伝子ハサミは、ゲノムに遺伝子を導入し、病気の原因となる点突然変異さえも修正するという遺伝子研究の新たな機会を切り開きました。研究者らはすでに鎌状赤血球貧血の原因となる血液細胞の遺伝子変化を修復することに成功しており、マウスのデュシェンヌ型筋ジストロフィーの治療にも成功している。中国では、科学者たちがすでに最初の遺伝子セグメントをヒトの胚に導入しており、これはヒトの生殖系列に対する非常に物議を醸す介入である。
ただし、CRISPR/Cas9 も絶対確実というわけではありません。新しい遺伝子ハサミでは、いわゆるオフターゲット効果が発生することがあります。この効果では、遺伝子の一部が望ましくない臓器や DNA 内の間違った場所に挿入されます。 「哺乳類のゲノムに新しい遺伝子を導入したい場合、最も有利な挿入部位を見つけるのが難しい場合があります」と、研究リーダーであるノースウェスト A&F 大学 (揚陵) の Yong Zhang 氏は説明します。 「ゲノムを検索し、その変化が隣接する遺伝子に与える影響が最も少ない領域を探す必要があります。」同時に、細胞自身の DNA 修復機構により、導入された遺伝子がその後変化したり除去されたりする可能性もあります。研究者らは研究の中で、このDNA修復の影響を受けにくい遺伝子ハサミの変種を開発した。彼らは、Cas9 酵素を Cas9 ニッカーゼ (Cas9n) に置き換えることでこれを達成しました。次に科学者たちは、これらの遺伝子ハサミを使用して牛結核に対する耐性遺伝子を牛に与えます。この感染症は病原体マイコバクテリウム・ボビスによって引き起こされ、人にも伝染する可能性があります。
感染症に対する耐性が高まる
ウシに結核菌に対する耐性を与えるために、Zhang らはウシの胎児から分離した結合組織細胞から始めた。彼らは、改変された遺伝子ハサミを使用して、これらの未熟細胞のゲノムに耐性遺伝子 NRAMP1 を導入しました。予備実験で、彼らはゲノム内のどの位置がこれに最も適しているかを明らかにした。研究者らは、これらの遺伝子組み換え細胞の核を、除核されたウシ卵細胞の殻に移植した。このいわゆる体細胞核移植によりウシ胚が作成され、原則として、操作された結合組織細胞からクローンが作成されました。科学者らはこれらのクローン胚のうち173個を代理母牛に配置した。 「このグループからは16頭の子牛が生まれ、そのうち11頭は最初の数週間を生き延びた」とZhang氏らは報告している。彼らの調査により、耐性遺伝子はこれらの子牛の標的細胞のゲノムには含まれているが、望ましくない組織や器官には含まれていないことが示されました。 「私たちの研究は、CRISPR/Cas9n システムを使用して、望ましくないオフターゲット効果なしにトランスジェニック家畜を生産できることを初めて実証しました」と Zhang 氏は言います。
研究者らは、挿入された遺伝子が実際に期待通りに機能するかどうかを確認するために感染検査を行った。科学者らは、遺伝子組み換え子牛6頭と対照動物6頭の肺に結核病原体マイコバクテリウム・ボビスを一定量投与した。その後数週間にわたり、研究者らは血液サンプルを使用して、細菌が動物の体内で存続し増殖するかどうかを調べた。結果: 対照動物は 3 週間後に明らかな結核感染の兆候を示しました。対照的に、遺伝子組み換え子牛で生き残った病原体は著しく少なかった。 「ウシはウシ型結核菌に対する耐性が増加した」と張氏らは報告している。 「このようにして、私たちはこれらの家畜に有用な遺伝子を導入できる技術と牛ゲノムの有利な位置を発見しました。」しかし、子牛の出産に成功する割合がかなり低いことを考えると、このような方法を家畜育種や農業で実用化するにはまだ多くの研究が必要です。
