1. ゲノム編集とは簡単にいえば何？
 
 ゲノム編集とは簡単にいえば、生物が持つゲノムDNA上の特定の塩基配列を、狙って変化させる技術です。
 
 ゲノムとは、生物の細胞内にあるDNA、およびそこに書き込まれた遺伝情報の全体を意味します。たとえばヒトであれば23対の染色体に分けられて、細胞の核の中に収められています。遺伝情報はアデニン（A）、チミン（T）、グアニン（G）、シトシン（C）の4種類の塩基の配列として構成され、親から子へ子から孫へと連綿と受け継がれます。
 
 ゲノム編集技術は、このゲノムDNA上の特定の場所を狙い、ハサミの役目をするツールを使って切断します。切断されたゲノムは、生物に備えられているゲノム修復機構によって修復されますが、まれに修復ミスにより突然変異が起こります。この突然変異を利用して生物の性質を変化させ、目的に合った性質を持つ生物を作り出します。
 
 ゲノム編集技術は、新たな治療技術の創出、創薬の加速、農作物の品種改良などによる食糧問題の解決、植物の光合成効率化・長寿命化などによる環境問題の解決など、さまざまな分野での応用が期待されています。その一方、狙った場所以外の塩基配列が変異することなどの危険性を指摘する声もあります。
 
 2. ゲノム編集と遺伝子組換えの違いとは？
 ゲノム編集と似た意味の言葉として「遺伝子組換え」があります。ここでは、ゲノム編集と遺伝子組換えの違いについて見ていきましょう。
 
 遺伝子組換えとは、ある生物に科が異なる生物由来の遺伝子を導入することにより、細胞に新たな性質を付け加える技術です。遺伝子とはゲノムの一部分を意味し、たとえば顔や皮膚、目の色など生物の形質を決定づける情報です。遺伝子を構成するDNAの配列情報は、タンパク質を構成するアミノ酸の配列情報に変換され、タンパク質の設計図としての役割を果たします。
 
 導入する遺伝子は、たがいに交配できない、異なる生物種のものも利用できます。たとえば植物に対し、微生物や動物の遺伝子の導入も可能です。
 
 それに対してゲノム編集は、前述のとおりゲノムを切断し、突然変異を起こさせることにより、その生物に元からある性質を変化させるものです。したがって、結果として得られる新しい性質が、細胞の外部から導入されたものなのか、それとも細胞内部で変化したものなのかが、遺伝子組換えとゲノム編集の違いといえます。
 
 ただし、植物のゲノム編集においては、ハサミの役目をするツールを発現するための遺伝子を、遺伝子組換え技術によって導入することもあるため、ゲノム編集と遺伝子組換えの違いがわかりにくくなってしまうところがあります。しかし、ゲノム編集生物から「ハサミ遺伝子」を、交配により取り除いてしまえば、導入した遺伝子が機能し続ける一般の遺伝子組換え生物とは異なるものとなります。
 
 （交配によってハサミ遺伝子を取り除けるのは、交配後の次の世代にはメンデルの法則に従って、ハサミ遺伝子が受け継がれない個体が4分の1の確率で出てくるからです）
 
 動物のゲノム編集では、ハサミの役割をする酵素などが細胞内に直接注入される場合もあります。注入された酵素は次世代には残らないため、植物のゲノム編集と比べると遺伝子組換えとの違いがはっきりとしています。
 
 3. ゲノム編集技術 開発の歴史
 次に、ゲノム編集技術の開発の歴史を見ていきましょう。
 
 ゲノムの切断による突然変異の誘発自体は、古くから行われてきています。1950年以降には、放射線による突然変異の導入が農作物に対して行われ、「ゴールド二十世紀」をはじめとする多くの品種が作られました。
 
 しかし、放射線などによるゲノムの切断は、ゲノム上のランダムな場所に起こります。それに対して、ゲノム上の狙った場所の切断を可能としたのがゲノム編集技術です。ゲノム編集技術で用いられるDNA切断酵素「人工ヌクレアーゼ」は、以下で見ていくとおりZFN（zinc-finger nuclease：ジンクフィンガーヌクレアーゼ）、TALEN（transcription activator-like effector nuclease：ターレン）、CRISPR-Cas9の3つに大別され、それぞれ利点・欠点を持っています。
 
 3-1. ZFN
 最初の人工ヌクレアーゼは、1996年秋に開発されたZFNです。ZFNは「制限酵素」を元にして作られました。制限酵素とは、細菌中で増殖するウィルス「ファージ」などから、細菌が身を守るための防御機構です。侵入してくるファージなどのDNAを制限酵素が切断し、不活性化します。
 
 多くの制限酵素は、ゲノムDNA上の4～6個の塩基の特定の配列を認識し、その場所を切断します。しかし、4～6個の塩基では、同じ配列がゲノムDNA上に多数存在することになり、制限酵素をただ使ったのではゲノムはバラバラになってしまいます。
 
 そこで、より多くの数の塩基配列を認識できるように人工的に作られたのが、ZFNです。 ZNFは、DNAの認識・結合を担うZFと、DNAの切断を行うFok1から構成されます。ZFは3個の塩基配列を認識でき、ZNFではこのZFを複数個連結して使用します。
 
 4つのZFを連結すれば12塩基、それをペアで使用することにより24塩基が認識できます。24塩基の配列は、哺乳類のゲノムであれば理論的に1カ所にしか現れないため、狙いを定めた特定の場所の切断が可能となるのです。
 
 ただし、ZFNは作製が難しく、作製を一部の企業に頼らざるを得ませんでした。
 
 3-2. TALEN
 ZFNの次に開発された人工ヌクレアーゼは、2010年に米国のグループにより発表されたTALENです。ZFNと同様に制限酵素を元に作られます。TALENのDNA認識・結合部分「TALEタンパク質」は、一組で30～40の塩基配列の認識が可能です。
 
 TALEタンパク質はそれ以前にすでに作製法が確立されていたため、ZFNと比べると作製が容易です。そのため、発表されるとすぐにゲノム編集技術の主役となりました。しかしそれでも、作製にはかなりの労力が必要です。
 
 3-3. CRISPR-Cas9
 2012年に、ZFNやTALENより、さらに簡便に作製できる人工ヌクレアーゼが開発されました。それが、CRISPR-Cas9です。作製が簡便・高効率なことに加え、基礎研究なら誰でも自由に使えるため、急速に広がって現在の主流となっています。
 
 CRISPR-Cas9の作製が簡便なのは、DNA認識・結合部分に酵素ではなく、RNAを用いるからです。
 
 RNAとは、DNAと同じ核酸です。前述のとおりDNAがA、T、G、Cの4種類の塩基から構成されるのに対し、RNAはA、U（ウラシル）、G、Cの4種類の塩基から構成され、DNAのように2本鎖ではなく1本鎖の形をとります。 DNAの塩基A、T、G、CはRNAの塩基U、A、C、Gとそれぞれ水素結合を形成します。そのため、DNAの特定の塩基配列と水素結合できる塩基配列（「相補的」な塩基配列）のRNAは、そのDNA塩基配列の認識・結合に使用できることになります。
 
 CRISPR-Cas9は、標的とするDNA配列と相補的な配列を持つガイドRNA（gRNA）と、DNA切断を行うタンパク質Cas9により構成されます。gRNAは化学合成により作製できるため、作製に煩雑な過程を要する酵素をDNA認識・結合のために使用するZFNやTALENと比べ、作製がはるかに簡便になるというわけです。

カテゴリ: 生物学
質問: 2010年に米国のグループにより発表されたZFNの次の人口ヌクアレーゼのDNA認識・結合部分は、一組でどれくらいの塩基配列の認識が可能ですか？
回答: 2010年に米国のグループにより発表されたZFNの次の人口ヌクアレーゼのDNA認識・結合部分は、一組で30~40の塩基配列の認識が可能です。

カテゴリ: 生物学
質問: 2012年に開発された、ZFNやTALENよりさらに簡便に作製できる人工ヌクレアーゼは、何により構成されますか？
回答: 2012年に開発された、ZFNやTALENよりさらに簡便に作製できる人工ヌクレアーゼは、標的とするDNA配列と相補的な配列を持つガイドRNA（gRNA）と、DNA切断を行うタンパク質Cas9により構成されます。

カテゴリ: 生物学
質問: 生物の細胞内にあるDNA、およびそこに書き込まれた遺伝情報の全体を意味するものは、たとえばどのように細胞の核の中に収められていますか？
回答: 生物の細胞内にあるDNA、およびそこに書き込まれた遺伝情報の全体を意味するものは、たとえばヒトであれば23対の染色体に分けられて、細胞の核の中に収められています。

カテゴリ: 生物学
質問: ゲノム編集技術で用いられるDNA切断酵素が最初に開発されたのはいつですか？
回答: ゲノム編集技術で用いられるDNA切断酵素が最初に開発されたのは1996年秋です。