TED日本語 - ジェニファー・ダウドナ: DNA編集が可能な時代、使い方は慎重に


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TED日本語 - ジェニファー・ダウドナ: DNA編集が可能な時代、使い方は慎重に

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We can now edit our DNA. But let's do it wisely


Jennifer Doudna






A few years ago, with my colleague, Emmanuelle Charpentier, I invented a new technology for editing genomes. It's called CRISPR-Cas9. The CRISPR technology allows scientists to make changes to the DNA in cells that could allow us to cure genetic disease.

You might be interested to know that the CRISPR technology came about through a basic research project that was aimed at discovering how bacteria fight viral infections. Bacteria have to deal with viruses in their environment, and we can think about a viral infection like a ticking time bomb -- a bacterium has only a few minutes to defuse the bomb before it gets destroyed. So, many bacteria have in their cells an adaptive immune system called CRISPR, that allows them to detect viral DNA and destroy it.

Part of the CRISPR system is a protein called Cas9, that's able to seek out, cut and eventually degrade viral DNA in a specific way. And it was through our research to understand the activity of this protein, Cas9, that we realized that we could harness its function as a genetic engineering technology -- a way for scientists to delete or insert specific bits of DNA into cells with incredible precision -- that would offer opportunities to do things that really haven't been possible in the past.

The CRISPR technology has already been used to change the DNA in the cells of mice and monkeys, other organisms as well. Chinese scientists showed recently that they could even use the CRISPR technology to change genes in human embryos. And scientists in Philadelphia showed they could use CRISPR to remove the DNA of an integrated HIV virus from infected human cells.

The opportunity to do this kind of genome editing also raises various ethical issues that we have to consider, because this technology can be employed not only in adult cells, but also in the embryos of organisms, including our own species. And so, together with my colleagues, I've called for a global conversation about the technology that I co-invented, so that we can consider all of the ethical and societal implications of a technology like this.

What I want to do now is tell you what the CRISPR technology is, what it can do, where we are today and why I think we need to take a prudent path forward in the way that we employ this technology.

When viruses infect a cell, they inject their DNA. And in a bacterium, the CRISPR system allows that DNA to be plucked out of the virus, and inserted in little bits into the chromosome -- the DNA of the bacterium. And these integrated bits of viral DNA get inserted at a site called CRISPR. CRISPR stands for clustered regularly interspaced short palindromic repeats. (Laughter)

A big mouthful -- you can see why we use the acronym CRISPR. It's a mechanism that allows cells to record, over time, the viruses they have been exposed to. And importantly, those bits of DNA are passed on to the cells' progeny, so cells are protected from viruses not only in one generation, but over many generations of cells. This allows the cells to keep a record of infection, and as my colleague, Blake Wiedenheft, likes to say, the CRISPR locus is effectively a genetic vaccination card in cells. Once those bits of DNA have been inserted into the bacterial chromosome, the cell then makes a little copy of a molecule called RNA, which is orange in this picture, that is an exact replicate of the viral DNA. RNA is a chemical cousin of DNA, and it allows interaction with DNA molecules that have a matching sequence.

So those little bits of RNA from the CRISPR locus associate -- they bind -- to protein called Cas9, which is white in the picture, and form a complex that functions like a sentinel in the cell. It searches through all of the DNA in the cell, to find sites that match the sequences in the bound RNAs. And when those sites are found -- as you can see here, the blue molecule is DNA -- this complex associates with that DNA and allows the Cas9 cleaver to cut up the viral DNA. It makes a very precise break. So we can think of the Cas9 RNA sentinel complex like a pair of scissors that can cut DNA -- it makes a double-stranded break in the DNA helix. And importantly, this complex is programmable, so it can be programmed to recognize particular DNA sequences, and make a break in the DNA at that site.

As I'm going to tell you now, we recognized that that activity could be harnessed for genome engineering, to allow cells to make a very precise change to the DNA at the site where this break was introduced. That's sort of analogous to the way that we use a word-processing program to fix a typo in a document.

The reason we envisioned using the CRISPR system for genome engineering is because cells have the ability to detect broken DNA and repair it. So when a plant or an animal cell detects a double-stranded break in its DNA, it can fix that break, either by pasting together the ends of the broken DNA with a little, tiny change in the sequence of that position, or it can repair the break by integrating a new piece of DNA at the site of the cut. So if we have a way to introduce double-stranded breaks into DNA at precise places, we can trigger cells to repair those breaks, by either the disruption or incorporation of new genetic information. So if we were able to program the CRISPR technology to make a break in DNA at the position at or near a mutation causing cystic fibrosis, for example, we could trigger cells to repair that mutation.

Genome engineering is actually not new, it's been in development since the 1970s. We've had technologies for sequencing DNA, for copying DNA, and even for manipulating DNA. And these technologies were very promising, but the problem was that they were either inefficient, or they were difficult enough to use that most scientists had not adopted them for use in their own laboratories, or certainly for many clinical applications. So, the opportunity to take a technology like CRISPR and utilize it has appeal, because of its relative simplicity. We can think of older genome engineering technologies as similar to having to rewire your computer each time you want to run a new piece of software, whereas the CRISPR technology is like software for the genome, we can program it easily, using these little bits of RNA.

So once a double-stranded break is made in DNA, we can induce repair, and thereby potentially achieve astounding things, like being able to correct mutations that cause sickle cell anemia or cause Huntington's Disease. I actually think that the first applications of the CRISPR technology are going to happen in the blood, where it's relatively easier to deliver this tool into cells, compared to solid tissues.

Right now, a lot of the work that's going on applies to animal models of human disease, such as mice. The technology is being used to make very precise changes that allow us to study the way that these changes in the cell's DNA affect either a tissue or, in this case, an entire organism.

Now in this example, the CRISPR technology was used to disrupt a gene by making a tiny change in the DNA in a gene that is responsible for the black coat color of these mice. Imagine that these white mice differ from their pigmented litter-mates by just a tiny change at one gene in the entire genome, and they're otherwise completely normal. And when we sequence the DNA from these animals, we find that the change in the DNA has occurred at exactly the place where we induced it, using the CRISPR technology.

Additional experiments are going on in other animals that are useful for creating models for human disease, such as monkeys. And here we find that we can use these systems to test the application of this technology in particular tissues, for example, figuring out how to deliver the CRISPR tool into cells. We also want to understand better how to control the way that DNA is repaired after it's cut, and also to figure out how to control and limit any kind of off-target, or unintended effects of using the technology.

I think that we will see clinical application of this technology, certainly in adults, within the next 10 years. I think that it's likely that we will see clinical trials and possibly even approved therapies within that time, which is a very exciting thing to think about. And because of the excitement around this technology, there's a lot of interest in start-up companies that have been founded to commercialize the CRISPR technology, and lots of venture capitalists that have been investing in these companies.

But we have to also consider that the CRISPR technology can be used for things like enhancement. Imagine that we could try to engineer humans that have enhanced properties, such as stronger bones, or less susceptibility to cardiovascular disease or even to have properties that we would consider maybe to be desirable, like a different eye color or to be taller, things like that. "Designer humans," if you will. Right now, the genetic information to understand what types of genes would give rise to these traits is mostly not known. But it's important to know that the CRISPR technology gives us a tool to make such changes, once that knowledge becomes available.

This raises a number of ethical questions that we have to carefully consider, and this is why I and my colleagues have called for a global pause in any clinical application of the CRISPR technology in human embryos, to give us time to really consider all of the various implications of doing so. And actually, there is an important precedent for such a pause from the 1970s, when scientists got together to call for a moratorium on the use of molecular cloning, until the safety of that technology could be tested carefully and validated.

So, genome-engineered humans are not with us yet, but this is no longer science fiction. Genome-engineered animals and plants are happening right now. And this puts in front of all of us a huge responsibility, to consider carefully both the unintended consequences as well as the intended impacts of a scientific breakthrough.

Thank you.


(Applause ends)

Bruno Giussani: Jennifer, this is a technology with huge consequences, as you pointed out. Your attitude about asking for a pause or a moratorium or a quarantine is incredibly responsible. There are, of course, the therapeutic results of this, but then there are the un-therapeutic ones and they seem to be the ones gaining traction, particularly in the media. This is one of the latest issues of The Economist -- "Editing humanity." It's all about genetic enhancement, it's not about therapeutics. What kind of reactions did you get back in March from your colleagues in the science world, when you asked or suggested that we should actually pause this for a moment and think about it?

Jennifer Doudna: My colleagues were actually, I think, delighted to have the opportunity to discuss this openly. It's interesting that as I talk to people, my scientific colleagues as well as others, there's a wide variety of viewpoints about this. So clearly it's a topic that needs careful consideration and discussion.

BG: There's a big meeting happening in December that you and your colleagues are calling, together with the National Academy of Sciences and others, what do you hope will come out of the meeting, practically?

JD: Well, I hope that we can air the views of many different individuals and stakeholders who want to think about how to use this technology responsibly. It may not be possible to come up with a consensus point of view, but I think we should at least understand what all the issues are as we go forward.

BG: Now, colleagues of yours, like George Church, for example, at Harvard, they say, "Yeah, ethical issues basically are just a question of safety. We test and test and test again, in animals and in labs, and then once we feel it's safe enough, we move on to humans." So that's kind of the other school of thought, that we should actually use this opportunity and really go for it. Is there a possible split happening in the science community about this? I mean, are we going to see some people holding back because they have ethical concerns, and some others just going forward because some countries under-regulate or don't regulate at all?

JD: Well, I think with any new technology, especially something like this, there are going to be a variety of viewpoints, and I think that's perfectly understandable. I think that in the end, this technology will be used for human genome engineering, but I think to do that without careful consideration and discussion of the risks and potential complications would not be responsible.

BG: There are a lot of technologies and other fields of science that are developing exponentially, pretty much like yours. I'm thinking about artificial intelligence, autonomous robots and so on. No one seems -- aside from autonomous warfare robots -- nobody seems to have launched a similar discussion in those fields, in calling for a moratorium. Do you think that your discussion may serve as a blueprint for other fields?

JD: Well, I think it's hard for scientists to get out of the laboratory. Speaking for myself, it's a little bit uncomfortable to do that. But I do think that being involved in the genesis of this really puts me and my colleagues in a position of responsibility. And I would say that I certainly hope that other technologies will be considered in the same way, just as we would want to consider something that could have implications in other fields besides biology.

BG: Jennifer, thanks for coming to TED.

JD: Thank you.


数年前 同僚のエマニュエル・シャルパンティエと ゲノムを編集する新しい技術を 共同開発しました CRISPR-Cas9という技術で 科学者が細胞内のDNAを改変でき 遺伝的疾患の治癒が可能になりました

面白いと思われるかもしれませんが CRISPR技術は 細菌がウイルス感染と戦う仕組みを調べる 基礎研究の過程で 生まれたものでした 細菌はウイルスがいる環境に 対処しなければなりません ウイルス感染とは チクタク動く時限爆弾のようなもの つまり 細菌は起爆までの数分間で 信管を外す必要があるのです そのため 細菌の多くは細胞内に CRISPRという一種の適応的な免疫機構があり 外来侵入性のウイルスDNAを 検出し破壊します

CRISPRシステムの構成要素には Cas9タンパクがあり それが固有の方法で ウイルスDNAを検出し 切断し破壊します Cas9タンパクの働きは 我々の調査を通じて明らかになり ゲノム工学の技術として 活用できるようになりました 科学者は細胞内に特定のDNA断片を 驚くほど正確に削除・ 挿入することで 過去には不可能だったことに 可能性を見出せるようになったのです

CRISPR技術は マウス、サル、他の生物の細胞の DNAの改変に使われています 中国の科学者は最近 このCRISPR技術を使って ヒトの胚の遺伝子さえ 改変できることを示しました フィラデルフィアの科学者は HIVウイルスに感染した ヒトの細胞から 組み込まれたHIVのDNAを 除去できることを示しました

このようにゲノム編集が可能になると 考えなければならない 様々な倫理的な問題も出てきます なぜなら この技術は 大人の細胞だけでなく ヒトも含めた生物の胚にも 使用できるからです そこで 同僚と一緒に 共同開発した技術について 世界規模の話し合いを呼びかけ この技術がもたらす 倫理的・社会的影響について 考えようとしています

だからこそ CRISPR技術とは何か 何が可能になるのか 今日の我々が置かれた状況 そして 実用化の前に 検討を重ねるべきだと思う理由について お話ししようとしています

ウイルスが細胞を感染させるとき そのDNAを注入します そして 細菌内では CRISPRシステムで DNAがウイルスから取り出され その断片が細菌の染色体 つまり 細菌のDNAに挿入されます CRISPRとはウイルスのDNA断片を 挿入する座位であり 「規則的にスペーサーが入った 短回文型配列の反復群」という意味の略語です (笑)

言いにくいですね だからCRISPR と呼ぶのです これは 感染したウイルスを 細胞が時間をかけて 記録する仕組みです 重要なのは DNA断片の情報は 後世の細胞に引き継がれるので 1世代だけでなく 何世代にも渡り 細胞をウイルスから守れることです このようにして 感染が記録されます 同僚のブレイク・ウィンハフト曰く CRISPRの座位は細胞における 遺伝子的なワクチンといえるでしょう DNA断片が 細菌の染色体に挿入されると 細胞は転写により RNAという分子を生成します 図ではオレンジ色で示されており ウイルスDNAの正確な複製となっています RNAはDNAの 化学的な従兄弟のようなもので 配列が一致するDNA分子と 相互作用します

CRISPR座位から複製されたRNA断片は Cas9とよばれるタンパク質と結合します 図の白い部分です これらは細胞内の監視役的な 複合体を作り 細胞内に浸入したDNAを隅々まで走査し 複合体内のRNA配列と 一致する部位を探します 部位が検出されると ― ご覧の青い分子がDNAですが ― この複合体がDNAと結合し 次にCas9がウイルスDNAを 切断します とても正確に切断するのです ですから監視役のCas9 RNA複合体は DNAを切断できる ハサミと捉えることができます Cas9はらせん構造を持った DNAの二本鎖を切断します 重要なのは 複合体はプログラム可能なのです 特定のDNA配列を認識するよう プログラムし その部位でDNAを切断できます

お話ししようとしているのは この仕組みをゲノム工学に応用でき 切断する部位で 細胞のDNAを精密に 変更できることです まるでワープロで 文書の打ち間違いを 修正するかのようです

我々がゲノム工学において CRISPRシステムに期待を抱く理由は 細胞は壊れたDNAを検出し 修復できるからです 植物や動物の細胞は DNA二本鎖切断を検出し その切断箇所を修復します 1つの仕組みは DNA切断部分の両末端に 僅かな修正を施し結合するもので 別の仕組みは 切断箇所に 新たなDNA断片を挿入するやり方です DNA二本鎖を正確な場所で 切断することが出来れば 細胞による 切断部分の修復を促し 遺伝子の破壊や 新しい遺伝情報の 組み込みが可能になります DNAのCRISPR技術により 例えば嚢胞性線維症を引き起こす 突然変異が生じた部位か その近くでDNAを切断するようなことが プログラム化できれば 細胞による突然変異株の修復を 促すことができるでしょう

ゲノム工学は新しい技術ではなく 1970年代から開発され DNAの配列読取り 複写、操作が 可能になりました このような技術は有望視される一方で 効率が悪かったり 使い方がとても難しいという 問題がありました そのため 科学者の多くは 研究では採用することなく もちろん臨床に 応用されることも殆どありませんでした だから 比較的簡単なCRISPR技術は 魅力的なのです 古くなったゲノム工学の技術は 新しいソフトを導入するたびに 配線をやり直すPCのようなものですが CRISPR技術とは ゲノムのためのソフトのようなものです RNA断片を使って 簡単にプログラムできます

DNA二本鎖を切断すれば 修復を誘導することができます それゆえ驚異的な力を秘めています 例えば鎌状赤血球貧血や ハンチントン病を起こす突然変異を 正常化できるのです 実際 私はCRISPR技術が 最初に使われるのは 血液だろうと思っています 固体状の組織に比べ このようなツールが 細胞内に届きやすいからです

現在 ヒトの疾患の研究のための ラットなどの実験動物を用いた 実験が繰り返し行われています この技術によって 改変が正確にできるので このようなDNAの改変が 一組織や生物全体に どのような影響を与えるのかを 研究することができます

例えば この例では CRISPR技術を使って マウスの毛を黒くする遺伝子の DNAに微量な変化を与えて 機能をノックアウトしました これらの白いマウスが 色の付いたひと腹の兄弟と異なるのは ゲノムの中の遺伝子の1つを 僅かに変化させたからですが その他は完全に正常です マウスのDNAの配列を読み取ると CRISPR技術を使って DNAの改変を誘導した まさに その部位が 変化していると分かりました

他の動物でも実験を行っており 人間の疾患モデルの作成に 役立っています 例えばサルがそうです このような手段によって 特定の組織に対する この技術の適用可能性 ― 例えばCRISPRツールを細胞に導入する方法の 解明に利用できることがわかりました また もっとよく理解したい点は 切断後のDNAの修復を コントロールする方法や 標的としていない部位への影響を コントール、抑制し 予期せぬ作用が 起こらないようにする方法です

私はこの技術の臨床への応用が ― もちろん成人が対象ですが ― 10年以内に行われると思います この期間で臨床試験ができる 可能性は高いですし 治療の認可さえ下りるかもしれません こういうことを考えると とてもワクワクします この技術への期待感が高まるにつれ CRISPR技術の商業化を目論む 新興企業や これらの企業に投資している 多くのベンチャー投資家が 強い関心を示しています

忘れてならないのが CRISPR技術により 身体の機能強化が可能になることです 想像してみてください ヒトの遺伝子を操作することで 骨をもっと強くしたり 心疾患になりにくくしたり または 我々が希望する特性を 得ることすら可能になるかもしれません 例えば目の色を変えたい 背が高くなりたいといったことなどです 望めば「人間のデザイン」もできるでしょう 今のところ どの遺伝子がどんな特性を 高めるのかという遺伝情報は ほとんどわかっていません 知って頂きたいのは そういった知識が得られるようになれば CRISPR技術によって そのような変化を作りだすことが 出来るということです

これにより 慎重に考慮すべき 多くの倫理的問題も生じます そのため 私と同僚は 臨床でCRISPR技術が ヒトの胚に応用される前に 世界規模での待ったをかけているのです 時間をかけて ヒトへの応用による 様々な影響を考えるためです 事実 このような中断には 1970年代から続く 重要な先例があります 科学者が一体となって 分子クローニングについて その安全性が十分に検証され 有効性が確認されるまで その使用に待ったをかけたのです

ですからゲノム操作を受けた 人間はまだ存在しませんが もはやSFだけの話ではないのです ゲノム操作をした 動物や植物はいるのです このことは重い責任 すなわち 科学の躍進による 意図した結果だけでなく 意図しない悪影響について 熟慮することを 我々に迫っています




ブルーノ・ジュサーニ: ジェニファーさん ご指摘のとおり 重大な影響を 及ぼし得る技術ですよね この問題に待ったをかけ 検証することは とても責任のある行動だと思います これには もちろん 治療として役立つ一方で 治療とは無関係なものもありますが そちらの方が 特にメディアの関心を 集めているようです 『エコノミスト』の最新号でも 「ヒトを編集する」として取り上げられています それらは遺伝子を強化することばかりで 治療について語られていません 技術のヒトへの応用に待ったをかけ 熟考すべきと3月の学会で提案した時 同僚達の反応は どのようなものだったのでしょうか?

ジェニファー:同僚達はこの問題について 自由に議論できる機会を得て 喜んでいたと思います 同僚の科学者や他の人と話すと 色々な見方があることが分かり 面白いです 明らかに 検討や話し合いを 重ねていく必要のあるトピックです

ブルーノ:ジェニファーさん達の 呼びかけで 12月に 全米科学アカデミーや他の組織と共同で 大きな会議を開かれますが 実際どんな期待をされていますか?

ジェニファー:多様な個人や 利害関係がある人々 この技術の責任ある活用方法を 考えようとする人々の 意見を交流できればと思っています 見解の一致に至ることはないでしょうが このまま押し進めた時に 起こり得る問題が何なのかを 少なくとも理解しておくべきなのです

ブルーノ:ハーバード大学医学校の ジョージ・チャーチら あなたの同僚達は 「倫理的問題とは基本的に 安全性の問題に過ぎない」と言います 「動物や研究室でテストにテストを重ね 十分安全だという確信を持って初めて ヒトを扱うんだ」と 彼らは チャンスを生かして 研究を推進すべきだという 立場のようです このことで 学会が 分断する可能性はあるのでしょうか? つまり ある科学者は倫理的な懸念から 研究を自制し 別の科学者は 国の規制が緩いか 全くないせいで 研究を推進するという 状況は生じるでしょうか?

ジェニファー:どの様な新しい技術でも 特にこのような技術には 様々な見解があるもので 私はそういうものだと思っています 私は最終的には この技術はヒトゲノム工学で 使用されると思いますが これに伴うリスクなどについて 議論を重ねた上で移行しないと 無責任なものになると思います

ブルーノ:CRISPR技術のように 飛躍的に発展した 技術や科学の分野は たくさん存在します 例えば 人工知能や自律ロボットなどです それなのに 誰も ― 戦争用自律ロボットを除いて 誰も待ったをかけて 話し合いの場を 持とうとしないのです この話し合いが他の分野での 青写真となると思いますか?

ジェニファー:科学者が研究室の外に 出ていくのは難しいと思います 私自身も 少々落ち着きません しかし こういう黎明期に関わると 同僚や私の中に責任感が生まれます だから他の技術でも 話し合いの場が持たれることを望んでいます 生物学以外の分野においても 新技術の及ぼし得る影響についても 同様に熟慮されたらと願っています

ブルーノ:TEDでの講演 ありがとうございました



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