ゲノム編集を考える
安全性と生命倫理
遺伝子組換え情報室
遺伝子組換え食品を考える中部の会

河田昌東（かわたまさはる）

ゲノム編集の今世界が仰天報道（2018年11月29日）●

夫がＨＩＶ（エイズ）患者、妻が正常の夫婦の受精卵をゲノム編集●

ＨＩＶ耐性の双子の赤ちゃん（女児）誕生●

国際的に大きな批判●

中国でも法的には禁止●

現在、もう一組が妊娠中

ゲノム
編
集の論
文
数

第4次産業革命か （医療・食品分野の特許急増）

日本国内では「（ゲノム編集を）成長戦略のど真ん中に位置付け、関係閣僚は、これまでの発想にとらわれない大胆な政策を一丸となって迅速かつ確実に実行に移すように」2018年6月15日閣議決定「統合イノベーション戦略」の前日の安倍首相発言

厚労省の薬事・食品衛生審議会食品衛生分科会、新開発食品調査部会報告書（案）●

ゲノム編集の結果、外来遺伝子が残存しないものについては安全性審査が不必要・表示も不必要●

従来の遺伝子組換えと同様に外来遺伝子が追加されたものについては、遺伝子組換え食品同様に扱う●

将来の市場規模は600兆円？（内閣府 ＨＰより）

週刊エコノミスト
2019年1月22日より

2019 日本年経
2 済月新7 聞日ＣＡＲ－Ｔ細胞（キメラ抗原受容体Ｔ細胞）●

ゲノム編集で白血病患者の免疫Ｔ細胞をゲノム編集●

癌細胞の表面を認識する人工ＤＮＡを導入後、体内に戻す●

強い副作用あり（サイトカイン放出症候群）
発熱、低血圧、低酸素症、神経変性など（死亡例あり）●

ベクターは癌ウイルス（レンチウイルス、レトロウイルス）キメラ動物作成① ラットの受精卵の腎臓遺伝子をゲノム編集で破壊② マウスの胚性幹細胞を移植③ 雌ラット子宮に戻す➃ ラットの腎臓を持つマウス誕生● 目標は臓器移植（豚でヒトの腎臓を作る）

生理学研究所（愛知県岡崎市）

中国科学院
2019年1月24日発表

ゲノム編集で体内時計を壊したクローン猿（5匹）● 不安障害 ● うつ病● 不眠● 統合失調症
等の病気を持つ「病気の解明と治療に役だつ」と説明夢を見ないマウス
2018年8月30日
理化学研究所

レム睡眠の遺伝子を破壊

ゲノム編集による筋肉豚

マッスル真鯛京都大学、近畿大学

2017年7月

中国

成長ホルモン抑制遺伝子（ミオスタチン遺伝子）を破壊ソラーニン（発芽毒）のないジャガイモ（理科学研究所）

アレルゲンの無い大豆 （北海道大学）

高オレイン酸大豆
アメリカ農務省は規制不要と認定
有機栽培
有機認証加工搾油工場で搾油

今年中に輸入？

ゲノム編集大豆栽培（2018年）
アメリカＣａｌｙｘｔ 社 （14,800ha）

ゲノム編集小麦も準備中

マーカー遺伝子は抗生物質耐性又は除草剤耐性(除去と主張）

● ゲノム編集は人間・動物から食用作物まで全ての生物分野で進行中●

問題は「安全性と生命倫理」

ゲノムって何？

1）ゲノムとは：特定の生物の遺伝子の総体
2）遺伝子はＤＮＡから出来ている
3）ＤＮＡは4種類の塩基（A,G,C,T）配列からなる「文章又は楽譜のようなもの」

4）蛋白質の設計図と製造工程図

ＤＮＡの塩基配列は人間の言葉や文字に対応する化学構造

（例）ヒト・インシュリン遺伝子（ゲノム）の塩基配列ATGGCCCTGTGGATGCGCCTCCTGCCCCTGCTGGCGCTGCTGGCCCTCTG
GGGACCTGACCCAGCCGCAGCCTTTGTGAACCAACACCTGTGCGGCTCAC
ACCTGGTGGAAGCTCTCTACCTAGTGTGCGGGGAACGAGGCTTCTTCTAC
ACACCCAAGACCCGCCGGGAGGCAGAGGACCTGCAGGTGGGGCAGGTGG
AGCTGGGCGGGGGCCCTGGTGCAGGCAGCCTGCAGCCCTTGGCCCTGGAGGGGTCCCTGCAGAAGCGTGGCATTGTGGAACAATGCTGTACCAGCATCTGCTCCCTCTACCAGCTGGAGAACTACTGCAACTAG （335塩基）● 塩基配列は蛋白質のアミノ酸配列の設計図であり、同時に、各遺伝子の発現調節のソフトウエアでもあるヒト・ゲノム●塩基対は31億個（99％はチンパンジーと同じ）●蛋白質の構造を決めているのはたった2％（遺伝子数22000個）●

蛋白質の種類数は数万～数10万種類（1個の遺伝子から複数の蛋白質を作る）●

その他（98％）の配列は遺伝子の発現調節などに関与

ゲノム編集とは特定の遺伝子の塩基配列を削除したり、書き換えたりすること●

塩基を削除すること（ノックアウト）●

別の塩基配列を挿入すること（ノックイン）

ゲノム編集の道具（1）●

ゲノム編集酵素（ＤＮＡを切断・分解するハサミ）（1）ZFNとTALEN（人工蛋白質）
特定塩基配列を認識し、切除するＤＮＡ分解酵素（2）KRISPR/Cas9: （細菌の蛋白質）
特定の塩基配列を認識するガイドＲＮＡとＤＮＡ分解酵素の複合体●

ＤＮＡ修復酵素（生物が持つ酵素：切れたＤＮＡを修復）

最も良く使われる
ＣＲＩＳＰＲ/Ｃａｓ9 とは？
● ＤＮＡを切断するハサミ

ガイドＲＮＡ：標的ＤＮＡに結合

DNA分解酵素

ゲノム編集の道具
ＣＲＩＳＰＲ Ｃａｓ9
最も多く使われる

Ｃａｓ9: 標的配列を切断する
ＤＮＡ分解酵素

細菌細胞の免疫システム
ファージ

黄色ブドウ状球菌、化膿性連鎖球菌

Cas9・ｇＲＮＡ

ウイルスに対する免疫蛋白質（DNA分解酵素）DNA

細菌はファージに対する免疫機能を持っている
以前、感染したファージのＤＮＡ配列を記憶（ｇＲＮＡ）

ゲノム編集の道具（2）

ゲノム編集酵素を標的細胞に入れる（1）ベクター（増殖機能を壊したウイルス）（2）直接注入（エレクトロポレーション、注射等）
ゲノム編集酵素やベクターを直接細胞に打込む

目的地は標的遺伝子

ガイドＲＮＡ（ｇＲＮＡ）

マーカー

ＤＮＡ分解酵素（Ｃａｓ9、ＴＡＬＥＮ）

舟： ベクター（ウイルスやプラスミド）

卵細胞などベクターを使わず卵細胞に直接Ｃａｓ9酵素とｇＲＮＡを注入する場合もある

ベクター（舟）の種類（1）染色体に組込まれる・・・・ レンチウイルス、レトロウイルス（2）染色体に組込まれない・・ アデノウイルス、プラスミド（3）病原性のないウイルス・・・ ＡＡＶ（アデノ随伴ウイルス）100種類以上あり

ゲノム編集の技術的問題点
その（1） オフターゲット効果

ヒト染色体オフターゲットの原因 その①● ＤＮＡ分解酵素（＋ｇＲＮＡ）による標的ＤＮＡの認識エラー
塩基20個の中、2～3個違う別の場所にも結合する（ミスマッチ）
ミスマッチはＤＮＡ－ＤＮＡよりもＲＮＡ－ＤＮＡで起こりやすいオフターゲットの例 (ヒト遺伝子）● 第6染色体 (VEGFA: 血管内皮細胞増殖因子ホルモン：アミノ酸232個 ）標的配列 ：GGGTGGGGGGAGTTTGCTCCTGG● 第15染色体 ( IGDCC3: 免役グロブリン・サブクラス3:アミノ酸814個個 ）標的外配列：GGATGGAGGGAGTTTGCTCCTGG
High frequency off-target mutagenesis induced by CRISPR-Cas nucleases
in Human cells:
Yang Fu et.al. ( 2013) ハーバード大学

ゲノムの塩基対の数
ヒト
豚
マウス
イネ
トマト
大豆

31億対
37億対
33億対
3.9億対
9億対
11億対

20塩基程度の類似配列は沢山あるオフターゲットの原因 その②● 細胞に挿入するゲノム編集酵素（とｇＲＮＡ）の濃度濃度を上げれば編集効率は上がるがオフターゲトは起こりやすくなる通常のイラスト●通常の画像ではハサミ（ＤＮＡ分解酵素）は1個●実際には標的遺伝子1個に対して数十万～数百万個

実際にはハサミ（10万個以上）ＤＮＡ
オフターゲット

オンターゲット

ハサミの数を増やせば編集効率は上がるがオフターゲットも増える

● 標的遺伝子は1～2個 （n~2n)● 細胞に注入するＤＮＡ分解酵素（gRNA)の分子数
は10,000～1,000,000個（それ以上も）● ベクター（後述）によっては、細胞内に注入後もずっとＤＮＡ分解酵素を作り続ける● ゲノム編集効率向上とオフターゲット増加はオフターゲットの原因 その③● 1個の遺伝子が複数の蛋白質を作る

真核生物（＊）のＤＮＡは2種類の塩基配列から出来ている（1） エキソン：蛋白質のアミノ酸配列になる（構造遺伝子）（2） イントロン： 蛋白質に翻訳されない（調節遺伝子を含む）＊原核生物：核を持たない・・・・細菌＊真核生物：核を持つ・・・・・・・・アメーバ等を含む動植物

エキソン1

イントロン1 エキソン2

イントロン2

エキソン3

イントロン3

エキソン4

DNAPre-mRNA

スプライシング （エキソンの切り貼り、イントロン除去）
mRNA

エキソン1

エキソン2

エキソン3
エキソン3

蛋白質1
蛋白質2

ゲノム編集

エキソン4

エキソン3をゲノム編集
すればオフターゲットが起こる

● 1個のエキソンを破壊すれば複数個のオフターゲット破壊が起こる

Striated muscle 横紋筋

smooth muscle 平滑筋

fibroblast 繊維芽細胞

ゲノム編集の技術的問題点その（2）Ｃａｓ9酵素自身の問題

Ｃａｓ9酵素の問題 その①● Ｃａｓ9酵素に対する免疫反応（アレルギー）
Ｃａｓ9は巨大蛋白質（1000～2000 aa)でエピトープ（抗体と反応する）を持つ
実例： ヒト血清がＣａｓ9に対する抗体を持つ
Ｃａｓ9（黄色ブドウ状球菌）：79％
Ｃａｓ9（Ａ型溶血性連鎖球菌）：65％

Ｃａｓ9酵素の問題 その②● 発がんの危険性ｐ53（発がん抑制遺伝子）がＣａｓ9によるゲノム編集を妨害

Ｃａｓ9でゲノム編集出来た細胞は発がんの危険性ゲノム編集の技術的問題点

その（3）マーカー遺伝子の問題

その① 選択マーカー遺伝子の問題●ゲノム編集が出来た細胞と出来なかった細胞を識別・選別する（1） 発光蛋白質を作る遺伝子：発光クラゲ（ＧＦＰ）など（2） 抗生物質耐性遺伝子（ペニシリン、ストレプトマイシン耐性など）●

ゲノム編集の過程で必要だが終われば不要な外来遺伝子

ゲノム編集による筋肉豚

身
体の表面が赤い（赤色蛍光遺伝子Figure 1

肥大豚を作るゲノム編集酵素

豚のミオスタチン遺伝子をTALEN で破壊（ノックアウト）
ミオスタチン： 成長ホルモンの働きを抑制

豚の培養細胞をゲノム編集後（ミオスタチン遺伝子を破壊）に核を取り出し、受精卵細胞の核と入れ替える。 子宮に戻して生ませる。

ゲノム編集した肥大豚にはＴＡＬＥＮ遺伝子の他に● ＣａＭＶ プロモーター● ハイグロマイシン耐性遺伝子
マーカー遺伝子● 発光クラゲ遺伝子（GFP)● 赤色蛍光遺伝子（RFP）● Ｈ‐2ＫＫ遺伝子：マウス蛋白質（抗Ｈ－2Ｋ抗体は鉄粉を結合）を磁場で分別する蛋白質の遺伝子を含む

タネなしトマト2017年10月

筑波大学

種子なしトマトに含まれるマーカー遺伝子● カリフラワー・モザイク・ウイルスのプロモーター遺伝子● 抗生物質カナマイシン耐性遺伝子● 発光クラゲの遺伝子● 口蹄疫ウイルスの遺伝子（2Ａ配列：18～22アミノ酸に対応）

タネなしトマトの細胞に挿入されたベクターの構造
発光クラゲの遺伝子（舟）

カナマイシン耐性
Ｕ6-26、ｇRNA ：シロイヌナズナのプロモーター遺伝子とガイドＲＮＡ
2×35ＳΩ：カリフラワー・モザイク・ウイルスのプロモーター2個
Ａｔ Ｃａｓ9：土壌細菌のＣａｓ9 （Ａｇｒｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｔｕｍｅｆａｃiｅｎｓ)
2Ａ：自己切断ペプチド、上流と下流の遺伝子の同時翻訳を可能にする。口蹄病ウイルス由来。

ＧＦＰ：発光クラゲの遺伝子
Km : 抗生物質カナマイシン耐性遺伝子

ＮＬＳ： 核移行シグナル

Ｋｍ

（＋）

Ｋｍ（－）

Ｋｍ（－）

ゲノム編集したゼブラフィッシュ
ＧＦＰ（発光クラゲ）
遺伝子を持つヒト心臓のアクチン遺伝子挿入

シャインマスカット（農研機構）
香り、肉質良子、日持ち良好、栽培容易●

マーカー遺伝子：ネオマイシン耐性

その他● ソラーニンを作らないジャガイモ（キリン株式会社）：カナマイシン耐性遺伝子、カルペニシン耐性遺伝子●多収穫米（農研機構）：
ハイグロマイシン耐性遺伝子
カナマイシン耐性遺伝子

選択マーカー遺伝子の問題
その1） 食品の場合、抗生物質耐性遺伝子は腸内細菌の遺伝子に取り込まれ、腸内細菌が抗生物質耐性になる（horizontal gene transfer)抗生物質耐性遺伝子の影響
原因は遺伝子組換え飼料

ＧＭトウモロコシには全て抗生物質耐性遺伝子が入っている （マーカー）

ゲノム編集でも同じことが起こる従来の遺伝子組換えトウモロコシのＤＮＡ
Ｂｔ遺伝子

抗生物質耐性遺伝子

Ｂｔ： 殺虫遺伝子● 食物中の殺虫遺伝子は体内の腸内細菌に取り込まれ、抗生物質耐性菌になる（遺伝子の水平伝達）アメリカ産の食肉には「抗生物質耐性遺伝子が常在」● 年間5000人が食中毒で死亡、外来患者の25％は耐性菌保持
2019/3/1461

選択マーカー遺伝子の問題
その② ＧＦＰの問題（1）活性酸素を作る（2）筋委縮病（Myopathy)を起こす（マウス）（3）免疫細胞の不活性化（ヒト細胞）（4）標的外遺伝子の発現に干渉（ミツバチ幼虫で実験）

マーカーを除去する技術も開発中

piggyBac （トランスポゾン）

黒毛和牛の遺伝病●

piggyBac技術で回復●

マーカー遺伝子（ＧＦＰ）除去（2017年7月

ＩＡＲＳ
出生時死亡率大、体温不正、虚弱体質、 起立困難、感染症に弱い、胸腺委縮（免疫力弱い）ＩＡＲＳを吸乳意欲低下農研機構）

Nature Scientific Report:19 Dec.
2017
Correction of a Disease
Mutation using CRISPR/Cas9assisted
Genome Editing in JapaneseＩＡＲＳ 黒毛牛の胎児

piggyBac 前

piggyBac 後（ＧＦＰが消えた）piggyBac を植物で初めて応用した

●ＡＬＳ（アセト乳酸合成酵素）に突然変異を入れると除草剤（ＢＳ）耐性になる●

ＡＬＳを入れた後でマーカー遺伝子を削除する

●マーカー遺伝子はれっきとした外来生物の遺伝子。
生物多様性、進化のかく乱であり内在させてはならない● 国は戻し交配等で除去する方針だが、チェックはどうする厚労省・環境省● ノックインは審査必要
ノックアウトは審査不要
表示も不要

は間違っている● ノックアウトでもベクター、マーカー遺伝子が入っている
Ｃａｓ9, ＺＦＮ，ＴＡＬＥＮ
ＣａＭｖ プロモーター
発光遺伝子（ＧＦＰ等）
抗生物質耐性遺伝子

Gene editing is GM, says European Court（欧州司法裁判所）
By Paul Rincon Science editor,
BBC News website
25 July 2018●

欧州司法裁判所はゲノム編集という新しい技術を使って生物を操作してもそれは遺伝子組換え（ＧＭ）だと判断●

しかし、科学者らが猛烈に反発している●

ゲノム編集の基本理念は「セントラルドグマ」＝「ゲノム」は個々の遺伝子の足し算●

実際は、遺伝子は相互作用で生命を成り立たせている。

●

ゲノム編集の結果、宿主の他の遺伝子に与える影響をチェックする必要がある

結論（1）ゲノム編集は特定遺伝子を効率よくターゲットにできる以外は、技術的には従来の遺伝子組換えとあまり変わらない。
（2）標的遺伝子以外の他の宿主遺伝子に対する影響を調べる必要がある。
（3）食品の場合は表示義務が必要

生命倫理の問題

中国で人間の受精卵のゲノム編集 （２０１５年）： 世界で初めて● ３倍体受精卵 （成長しない）● オフターゲット 多数あり
● モザイク編集もある● 結論

技術としてはまだまだ未熟で実用化は無理

ヒトの遺伝病治療や臓器移植機能向上のためのゲノム編集（1）体細胞のゲノム編集（2）生殖細胞系列（胚、卵子、精子など）（3）キメラ生物の作成（4）ips細胞技術との融合

人間のゲノム編集
科学・倫理・支配アメリカ科学アカデミー
アメリカ医学アカデミー
協同出版（2017年）
2015年に行われた国際会議の報告書
ヒト生殖細胞のゲノム編集は原則禁止

生命倫理に関わるゲノム編集の例

ＨＩＶ予防のためのゲノム編集

最近の研究（アメリカ：2019・2・25）
で、このゲノム編集（ＣＣＲ5遺伝子ノックアウト）は脳卒中からの回復を早めるかも・・・・・・。

皮膚から卵細胞が造れるようになる
ips技術は遺伝子の発現を抑制し、分化した細胞を未分化状態にする

様々な刺激を与え目的の細胞に分化させる
同一遺伝子を持つ人が多数作れるようになる

●ipsはゲノム編集
ips細胞：
人工多機能幹細胞●

ベクター（癌ウイルス）に 遺伝子4個を載せて分化した細胞に感染
未分化幹細胞（ips)になる●

ips細胞に刺激を与えると様々な細胞に分化する

同性婚のマウス（雌×雌）で子ども誕生
正常な繁殖力があった

赤く光る細菌の発光遺伝子が入ったまま

2018年11月 中国（雄×雄）は失敗
片方の雌の性染色体の遺伝子を破壊

ラットの膵臓をもつマウス（東京大学）●マウスの膵臓遺伝子を破壊●ラットの膵臓を作るiPS細胞をラット胚に移植●マウスの体内でラットの膵臓が光っている（上図）：クラゲの遺伝子●下図

右：ラット、 左：マウス
中央：キメラ・マウス（ラットの膵臓を持つマウス）

● アメリカ、スペイン、日本の共同研究 （37名）● 種間キメラ動物作成

Interspecies Chimerism with Mammalian Pluripotent Stem Cells

哺乳類多機能幹細胞による種間キメラの製造
Cell. Vol.168, p473－486, Jan.26 (2017)

ラットの膵臓、心臓、眼、鼻、脊髄などを持ったマウス誕生（キメラマウス）

NKｘ2.5－/－
心臓の遺伝子欠損マウス胚にラットの多機能幹細胞を注入

受胎後10.5日目の胚赤く光る心臓ラットの心臓を持つマウス誕生

ヒトの心臓を持った豚心臓が赤く光っているヒトとブタのキメラ誕生？

ＮＨＫ web 特集
2018年11月5日 18：50

ヒトの脳を持った豚は何を考える？

キメラ動物研究の目的は● 臓器移植用のヒト組織を豚で作る

ヒトと豚のキメラ生物をめぐるルール見直し

国の生命倫理専門調査会は認める方針

臓器移植のため （1） ブタの心臓をヒトに？

（2） ヒトの心臓を豚で作る？

（1）遺伝病治療の場合、卵子や胎児のゲノム編集を誰が決めるか。

生まれた赤ちゃんには責任がない（2）出生前診断とセットでゲノム編集は始まる可能性2019年1月14日
東京新聞

世界の趨勢●体細胞のゲノム編集は容認（治療目的の研究）●

ゲノム編集研究のために卵子を取ることは禁止●

体外受精で余った受精卵を使うゲノム編集の研究は容認（受精後14日以内）●

ゲノム編集した受精卵や胚を子宮に戻すのは禁止●

ヒトの胚・生殖細胞のゲノム編集は禁止

問題点（1） 生殖細胞のゲノム編集は種の保存を脅かす危険性あり（2） 生命倫理上の問題点：編集した遺伝子が子孫に伝えられる（3） 社会のニーズ次第で生命が左右される

Cas9を発見・開発したカリフォルニア大学
ジェニファー・ダウドナ教授「原子力とゲノム編集には開発に関わった科学者の、この世界の仕組みを理解したい、という根源的な知識への欲求が共通している。ゲノム編集も生物兵器に使われる可能性があり、原子力と同様、一度この技術を手にした時、恩恵ばかりか危険を伴う事が直ちに分かった。科学者自身がこの危険性にどのように向き合うか、自からに問いかけると同時に、科学者だけでなく一般市民との開かれた議論を通じて社会的な倫理と規制につなげるべき」課

題（1）環境・生態系に対する影響と人間のゲノム編集
について生命倫理の観点からの規制が必要（2）ゲノム編集に関する新たな国際的な規制が必要（農業、医療、産業、環境など幅広い分野を網羅）

3月18日国際基準作成に向け諮問委員会開催

ゲノム編集誰が、何を、どのように規制するか● 国際的な規制が必要● 専門家だけでなく一般市民の判断が必要