国産ゲノム編集プラットフォームの構築について「研究テーマ名：ゲノム編集の国産技術基盤プラットフォームの確立」

中村崇裕

九州大学農学研究院 生命機能科学部門 准教授エディットフォース株式会社 代表取締役

NEDO「植物等の生物を用いた高機能品生産技術の開発」

（スマートセルプロジェクト）

キックオフシンポジウム

2016年11月14日 於・ベイサイドホテル アジュール竹芝

ノックアウトマウスの作出

ゲノム編集モジュールの注入

-/-

最短１ヶ月

受精卵

ES細胞で遺伝子改変

胎盤胞に注入

胎盤胞

マウスに移植 交配

-/-

１年

従来法

ゲノム編集疾患に関係する複数の遺伝子の同時破壊、SNP（一塩基多型）の正確な導入も可能。

ヒト疾患モデル動物の作出、再生医療に期待

ノックアウト植物（イネ）の作出

損傷

変異個体を入手

放射線・薬剤でランダムに点変異を誘発

損傷 B損傷 A

損傷 C

損傷 B

多大な労力と年月をかけて、目的の変異のみを持つ個体を選抜

10年

最短0.5〜1年

ゲノム編集モジュールを導入

(2007年 ノーベル生理学・医学賞)

交配

従来法

ゲノム編集

交配

・・・

・・・

ゲノム編集

ゲノム中の狙った１つの遺伝子を破壊したり（ノックアウト）、外来遺伝子を狙った位置に導入（ノックイン）する技術。

遺伝子改変生物作出の期間の縮減、適用生物種の拡大

http://www.asahi.com/articles/photo/AS20150326000124.html

ゲノム：Genome = Gene (遺伝子） + ome （総体）ある生物を構成する全ての遺伝子情報

ヒト約30億塩基対約22,000個の遺伝子

マウス約25億塩基対約22,000個の遺伝子

ハエ約1.7億塩基対14,000個の遺伝子

出芽酵母約1,200万塩基対約6,000個の遺伝子

ゲノムの編集を、 検索・置換、で考えてみる。

AGCGCCCAATACGCAAACCGCCTCTCCCCGCGCGTTGGCCGATTCATTAATGCAGCTGTAATACGACTCACTATAGGGCAAGCTTAAAAAGCCTTCCATTTTCTATTTTGATTTGTAGAAAACTAGTGTGCTTGGGAGTCCCTGATGATTAAATAAACCAAGATTTTACCATGACTGCAATTTTAGAGAGACGCGAAAGCGAAAGCCTATGGGGTCGCTTCTGTAACTGGATAACTAGCACTGAAAACCGTCTTTACATTGGATGGTTTGGTGTTTTGATGATCCCTACCATGGTGAGCAAGGGCGAGGAGCTGTTCACCGGGGTGGTGCCCATCCTGGTCGAGCTGGACGGCGACGTAAACGGCCACAAGTTCAGCGTGTCCGGCGAGGGCGAGGGCGATGCCACCTACGGCAAGCTGACCCTGAAGTTCATCTGCACCACCGGCAAGCTGCCCGTGCCCTGGCCCACCCTCGTGACCACCCTGACCTACGGCGTGCAGTGCTTCAGCCGCTACCCCGACCACATGAAGCAGCACGACTTCTTCAAGTCCGCCATGCCCGAAGGCTACGTCCAGGAGCGCACCATCTTCTTCAAGGACGACGGCAACTACAAGACCCGCGCCGAGGTGAAGTTCGAGGGCGACACCCTGGTGAACCGCATCGAGCTGAAGGGCATCGACTTCAAGGAGGACGGCAACATCCTGGGGCACAAGCTGGAGTACAACTACAACAGCCACAACGTCTATATCATGGCCGACAAGCAGAAGAACGGCATCAAGGTGAACTTCAAGATCCGCCACAACATCGAGGACGGCAGCGTGCAGCTCGCCGACCACTACCAGCAGAACACCCCCATCGGCGACGGCCCCGTGCTGCTGCCCGACAACCACTACCTGAGCACCCAGTCCGCCCTGAGCAAAGACCCCAACGAGAAGCGCGATCACATGGTCCTGCTGGAGTTCGTGACCGCCGCCGGGATCACTCTCGGCATGGACGAGCTGTACAAGTAAAGCGGCCGCGACTCTAGAATTCCAACTGAGCGCCGGTCGCTACCATTACCAACTTGTCTGGTGTCAAAAATAATAGGCCTACTAGTCGGCCGTACGGGCCCTTTCGTCTCGCGCGTTTCGGTGATGACGGTGAAAACCTCTGACACATGCAGCTCCCGGAGACGGTCACAGCTTGTCTGTAAGCGGATGCCGGGAGCAGACAAGCCCGTCAGGGCGCGTCAGCGGGTGTTGGCGGGTGTCGGGGCTGGCTTAACTATGCGGCATCAGAGCAGATTGTACTGAGAGTGCACCATATGCGGTGTGAAATACCGCACAGATGCGTAAGGAGAAAATACCGCATCAGGCGGCCTTAAGGGCCTCGTGATACGCCTATTTTTATAGGTTAATGTCATGATAATAATGGTTTCTTAGACGTCAGGTGGCACTTTTCGGGGAAATGTGCGCGGAACCCCTATTTGTTTATTTTTCTAAATACATTCAAATATGTATCCGCTCATGAGACAATAACCCTGATAAATGCTTCAATAATATTGAAAAAGGAAGAGTATGAGTATTCAACATTTCCGTGTCGCCCTTATTCCCTTTTTTGCGGCATTTTGCCTTCCTGTTT

(1620文字）

検索したい文字が出現する確率（DNA）

DNAは4種類（A, T, G, C)

・ 1文字で検索 → 1/4の確率

・ 3文字で検索→ 1/4 × 1/4 × 1/4 (1/4n; n=3）の確率、約1/64の確率

ゲノム（30億文字）から1箇所を検索するには、

1/416= 1/42億の確率

→16文字で検索すれば良い計算になる。

その後、DNAを改変（置換；酵素を利用）。

ゲノム編集長いDNA配列を自由に指定できるツールの開発

DNA結合モジュール(TALE, ZF、CRISPR)

Nucleases

Repressors

Activators

Methylases

Others

Genome modification

Gene Knockdown

Gene activation

Epigenetic regulation

Others

ゲノム編集ツールの用途

DNA/RNAを認識する生体分子の設計

モジュール化して集積することが可能。（レゴブロックのように連結）

エフェクターモジュール

既存のゲノム編集技術の長所、短所

短所

知財権者が不明確（全て海外）PAM配列（3’側がGG）の制限ありオフターゲット率が高いサイズが大きい

海外知財の利用が必要標的配列の選択自由度が低い設計が困難（スクリーニング必要）

海外知財の利用が必要標的配列の5’側がTである必要あり植物病原菌由来

開発途上

核酸性ツールCRISPR(160 kDa)

タンパク質性ツールZF(20 kDa)

TALE(110 kDa)

PPR(80 kDa)

長所

簡便、低コスト複数遺伝子の同時編集

精密なゲノム編集Kineticsの制御が可能サイズが小さい

精密なゲノム編集Kineticsの制御が可能技術成熟度が高い

精密なゲノム編集Kineticsの制御が可能知財が日本標的配列が自由植物由来（低毒性）

研究開発項目①「植物の生産性制御に係る共通基盤技術開発」

(1) ゲノム編集技術開発

(2) 代謝系遺伝子発現制御技術

(3) 栽培・生育環境による発現制御技術

研究開発項目②「植物による高機能品生産技術開発」

研究開発項目③「高生産性微生物創製に資する情報解析システムの開発」

ゲノム編集技術開発グループ( A02) 進化工学的および分子動力学的手法によ る新規ゲノム編集システムの創出

研究開発責任者：徳島大学・刑部敬史、3機関

(A04) ゲノム編集の国産技術基盤プラットフォームの確立研究開発責任者：九州大学・中村崇裕、9機関

(A06) 日本発新規ゲノム編集技術の研究開発 研究開発責任者：徳島大学・間世田英明、2機関

本プロジェクトでの役割

生物シミュレーション（回路の構築、物質生産効率を制御するターゲット遺伝子の推定）

ゲノム編集、ゲノム機能編集

新規生物作出・環境制御

No

Feedback & refinem

ent

DNA、RNA、タンパク質、代謝物のオミクス解析

目的代謝物の測定

Yes

産業界での物質生産

本プロジェクトでの役割

・ 海外技術に依存しない国産のゲノム編集関連技術の基盤プラットフォームを形成する。

・ 植物を利用した高機能バイオ化合物の生産性向上に適用する。

具体的な研究開発課題

・ 海外技術に依存しない国産のゲノム編集関連技術の基盤プラットフォームを形成する。

・ 植物を利用した高機能バイオ化合物の生産性向上に適用する。

A. DNA認識モジュール、の開発(ゲノムから一箇所の配列を認識）

・DNA-PPRの実用化・新規タンパク性モジュールの開発・新規核酸性モジュールの開発

B. ゲノム改変技術、の開発(様々な酵素ドメインによる多様な改変）

・多様なゲノム改変・精密なゲノム設計・１塩基置換・オルガネラゲノム編集・ゲノム機能編集

C. 導入技術、の開発・量的、空間的な制御が可能な導入法の開発

D. インフォマティクスによる支援

E. 知財戦略

GTCAAATGGCGAATCCTCGATTCAGTTTACCGCTTAGGAGCTAA

植物における高機能品の生産

A. DNA認識モジュール

B. ゲノム改変技術

C. 導入技術

E. 知財戦略D. インフォ

E. 知財戦略

知的財産戦略ネットワーク株式会社・秋元浩研究課題: (10) 各要素技術の知財戦略およびパッケージ化

プロジェクトにおける位置づけ・研究初期段階からの知財戦略の策定

本課題の重要性・国際的産業競争力の知財面での確保・研開・知財の連動による戦略的取組

実施概要（解決する手法）・先行特許調査、各研開Ｇへの反映・要素技術のパッケージ化と利活用・グローバル知財戦略・戦術の策定

最終な技術のゴール・産業化に向けたグローバル知財戦略体

制（知財ポートフォリオ、国産技術群のプラットフォーム化）に必須な要因分析と提言

先行技術特許調査知財戦略

研究開発

基本特許

詳細特許

産業化に有効な技術の開発

要素技術のパッケージ化

A. DNA認識 B. 改変技術（エフェクター）

C. 導入技術

プログラム

調査

反映

知財ポートフォリオの構築、国産技術群のプラットフォーム化

ライセンスアウト

・ 海外技術に依存しない国産のゲノム編集関連技術の基盤プラットフォームの形成。

・ 植物を利用した高機能バイオ化合物の生産性向上に適用。

GTCAAATGGCGAATCCTCGATTCAGTTTACCGCTTAGGAGCTAA

DNA認識モジュールゲノム編集基幹技術の確立と拡大・我が国独自のシーズであるPPR技術の実用化・既存の技術より優位な特性をもつ新規モジュール

ゲノム改変技術既存のゲノム編集では対応できない独自の新しい機能を有する改変技術（改変方法、精密性、ゲノム設計、対象領域）を開発

導入技術独自の新しい機能を有する導入技術（細胞毒性、導入効率）を確立

知財戦略ゲノム編集技術の効果的な知財化、知財の仮想的な集約、ライセンスアウトまでを含めた知財戦略を策定。実効性のある枠組みを構築するための必要要素の抽出

植物における高機能品の生産

DNA認識モジュール

ゲノム改変技術

導入技術

終了後のビジョン

知財戦略

我が国の生物系産業の国際的な競争力の向上に貢献

インフォ

従来の育種（遺伝子改変）

大きなブラックボックスを許容。=投資効果が不明確

NcRNA

放射線・薬剤 遺伝子組み換え

ゲノム編集

DNAを理論的に改変

ゲノム編集+PPR技術

DNAとRNAを理論的に改変

DNA/RNA操作技術の可能性

protein

DNA

RNA  

protein  B

Alternative splicing

protein

DNA

RNA  

NcRNAprotein  Bprotein

DNA

RNA  

NcRNAprotein  B

Alternative splicing

Alternative splicing

人類の発展と遺伝子改変