第1章 ゲノム編集の基礎技術:CRISPR/Cas9の理論と技術

第1節 ゲノム編集技術を活用する上で押さえておくべき基礎理論とポイント

• 1.ゲノム編集とはなにか
  • 1.1 ゲノム編集ツール
  • 1.2 ゲノム編集によって誘導されるDNA修復反応
  • 1.3 塩基編集とPrime Editing
• 2.ゲノム編集の医薬分野への応用
  • 2.2 ゲノム編集によって誘導されるDNA修復反応
  • 2.3 塩基編集とPrime Editing
• 3.ゲノム編集の医薬分野への応用
  • 3.1 ゲノム編集の臨床応用
  • 3.2 ゲノム編集の疾患モデル動物・細胞確立への応用
• 4.これからの課題
  • 4.1 正確性と効率
  • 4.2 免疫反応
  • 4.3 組織特異性

第2節 CRISPR/Cas9による遺伝子配列の切断の理論

• 1.CRISPR/Casの発見と機能解明
• 2.CRISPR/Casによる適応免疫
• 3.CRISPR/Cas9によるDNA切断機構

第3節 新規CRISPR技術を活用したゲノム編集ツールについて

• 1.CRISPR-Cas9システム
• 2.タイプI CRISPR-Casのゲノム編集への利用
  • 2.1 ヒトゲノム編集へのタイプI-E CRISPR-Casの利用
  • 2.2 新規国産ゲノム編集技術 TiDの開発
  • 2.3 他のタイプI CRISPR-Casのゲノム編集への利用
  • 2.4 タイプI CRISPR-Casを利用した部位特異的な修飾・制御
• 3.最近のゲノム編集技術の開発動向

第4節 CRISPR/Cas9によるゲノム編集技術を用いたフィラデルフィア染色体の生成

• 1.背景
• 2. 研究の限界

第5節 DNA二重鎖切断を伴わないゲノム編集

• 1. ゲノム上の編集標的部位へニックを導入する方法
• 2.ゲノムDNAとドナーDNAへニックを導入する方法
  • 2.1 in trans paired nicking法
  • 2.2 SNGD法
  • 2.3 Tandem paired nicking法
  • 2.4 ゲノムDNAとドナーDNAのニックが誘導するDNA組換え
  • 2.5 塩基編集法とprime editing法

第6節 クリスパー/キャス9をめぐる特許紛争

• 1.そもそも特許とは
• 2.クリスパー/キャス9の特許とは何か
• 3.紛争の経過と争点
• 4.クリスパー/キャス9の知財をめぐる行方

第2章 医薬品の開発・評価におけるゲノム編集技術の活用と課題対策

第1節 新薬開発の各段階におけるゲノム編集技術の活用

• 1.分子標的薬開発の5段階
  • 1.1 標的の同定と確認
  • 1.2 化合物スクリーニング
  • 1.3 ヒット化合物の検証
  • 1.4 リード化合物の同定と最適化
  • 1.5 臨床試験と承認申請
• 2.標的探索におけるゲノム編集
  • 2.1 ゲノム機能解析技術の発展と創薬への応用
  • 2.2 CRISPR/Cas9による標的スクリーニング
  • 2.3 機能喪失スクリーニング
  • 2.4 機能獲得スクリーニング
  • 2.5 合成致死
• 3.ヒット化合物検証におけるゲノム編集
  • 3.1 細胞モデルの重要性
  • 3.2 ゲノム編集による細胞/組織モデル作成
• 4.非臨床試験 (リード化合物の同定/最適化) におけるゲノム編集
  • 4.1 従来の動物モデル作出
  • 4.2 CRISPR/Cas9を用いた疾患モデル作成
• 5.臨床試験とゲノム編集
• 6.今後の課題

第2節 疾患モデルマウス・解析ツールマウスの作出と解析の技術動向

• 1.疾患モデルマウス
• 2.解析ツールマウス
  • 2.1 新規SSRシステムの開発
  • 2.2 多様なCreリコンビナーゼの開発とその利用
  • 2.3 改変型標的配列の利用

第3節 GWASによる疾患研究

• 1.GWAS概説
• 2.慢性腎臓病 (chronic kidney disease: CKD) におけるGWAS
  • 2.1 eGFR とGWAS
  • 2.2 尿蛋白とGWAS
  • 2.3 GWASによるCKD病態解明

第4節 ゲノム編集iPS細胞を用いた疾患研究および医療応用

• 1.iPS細胞の樹立と分化誘導、その利用について
• 2.ゲノム編集によるiPS細胞の変異修復
  • 2.1 正確な編集によってiPS細胞の変異を修復する
  • 2.2 遺伝子破壊によってiPS細胞に治療効果をもたらす
• 3.ゲノム編集によって疾患モデルiPS細胞を樹立する
• 4.ゲノム編集を介した疾患モデルiPS細胞での創薬スクリーニング
• 5.ゲノム編集によって誰にでも移植可能なiPS細胞を樹立する
• 6.課題と展望

第5節 ヒトiPS細胞における染色体の相同組換えを利用した神経変性疾患解析への応用

• 1.はじめに
• 2.ヒトの遺伝的多型について
  • 2.1 顕性遺伝と潜性遺伝
  • 2.2 非コード領域に存在するSNPの解析
• 3.部分染色体ホモ化技術
  • 3.1 相同組換えについて
  • 3.2 体細胞における相同組換え
  • 3.3 部分染色体ホモ化技術
• 4.様々なゲノム編集技術
• 5.神経変性疾患のモデルマウス
• 6.ヒトiPS細胞を用いた創薬

第6節 CRISPR活性化システムを用いたiPS細胞へのリプログラミング技術

• 1.ヒト初期発生段階における遺伝子発現制御機構の解明
  • 1.1 iPS細胞の作製方法とその課題
  • 1.2 ヒトの初期発生段階のトランスクリプトーム解析
  • 1.3 ヒト初期発生段階において活性化する遺伝子の同定
  • 1.4 ヒト初期発生段階で活性化する遺伝子に濃縮するモチーフ配列の同定
• 2.CRISPR活性化システムを用いたiPS細胞へのリプログラミング
  • 2.1 CRISPR活性化システムとは
  • 2.2 CRISPR活性化システムを用いたヒト線維芽細胞からiPS細胞へのリプログラミング
• 3.CRISPR活性化システムを用いたiPS細胞へのリプログラミング効率の向上
  • 3.1 CRISPR活性化システムを用いたヒトリンパ芽球様細胞からiPS細胞へのリプログラミング
  • 3.2 miR-302/367プロモーター領域の活性化によるリプログラミング効率の向上
  • 3.3 iPS細胞へのリプログラミング過程のシングルセルトランスクリプトーム解析

第7節 ヒト疾患モデルカニクイザルを効率的に作出する基盤の構築

• 1.医学研究におけるカニクイザル
• 2.カニクイザルにおけるゲノム編集技術
• 3.カニクイザルのゲノム情報基盤の整備
• 4.カニクイザルにおける塩基編集技術
• 5.カニクイザルにおけるトランスジェニック (Tg) 技術
• 6.より効率的なカニクイザル繁殖技術の確立を目指して

第8節 非分裂心筋細胞のゲノム編集と難治性心筋症への治療介入

• 1.重症心不全に至る難治性心筋症
• 2.心筋細胞に対するゲノム編集
• 3.心筋症に対するゲノム編集の治療応用
  • 3.1 ゲノム編集を用いた循環器疾患に対する治療介入の試み
  • 3.2 心臓組織に対するNHEJを用いたゲノム編集
  • 3.3 心臓組織に対する一塩基編集を用いたゲノム編集
  • 3.4 ヒト心臓組織への遺伝子導入の課題
  • 3.5 ヒト遺伝性心筋症受精卵に対するゲノム編集
  • 3.6 ヒト心アミロイドーシスに対するゲノム編集
• 4.疾患iPS細胞、ゲノム編集を用いたヒト心筋症細胞モデルの構築と病態解明
  • 4.1 心筋症疾患iPS細胞とゲノム編集
  • 4.2 重症心不全に潜む希少難治性心筋症の同定と病態解明

第3章 遺伝子治療におけるゲノム編集技術の活用と課題対策

第1節 ゲノム編集技術を用いた遺伝子治療用製品により生じるオフターゲット変異を予測・検出する技術

• 1.ゲノム編集製品による目的外変異 (意図しない変異) の分類
• 2.オフターゲット変異を予測・検出する方法とその特徴
  • 2.1 In silico解析
  • 2.2 Cell free解析
  • 2.3 Cell based解析
• 3.ゲノム編集製品のオフターゲット変異の予測・検出に関連するガイドラインとオフターゲット変異予測の実例
  • 3.1 関連するガイドライン等
  • 3.2 開発品目におけるオフターゲット変異部位の予測・検出

第2節 ゲノム編集を活用したCAR-T細胞療法

• 1.ゲノム編集とは
• 2.ゲノム編集を活用したCAR-T細胞療法の開発
  • 2.1 ゲノム編集による抗腫瘍効果の増強
• 3.ゲノム編集を活用したCAR-T細胞療法の開発
  • 3.1 ゲノム編集による抗腫瘍効果の増強
  • 3.2 ゲノム編集による同種CAR-T細胞療法の開発
  • 3.3 ゲノム編集によるT細胞リンパ腫に対するCAR-T細胞療法の開発
• 4.ゲノム編集を活用したCAR-T細胞療法の臨床試験

第3節 遺伝子組み換え技術のバイオ医薬産生細胞への活用:ゲノム編集技術の応用と展望

• 1.ゲノム編集技術によるモデル動物の作製
• 2.バイオ医薬生産用細胞の構築
  • 2.1 細胞クローン株の一般的な構築プロセス
  • 2.2 シングルセルクローニング工程
• 3.バイオ医薬生産用細胞に対するゲノム編集
  • 3.1 遺伝子導入CHO細胞の長期培養耐久性
  • 3.2 CHO細胞株へのゲノム編集
  • 3.3 ゲノム編集による導入遺伝子の持続性

第4節 遺伝子ドーピングの検査手法の開発研究について

• 1.遺伝子ドーピングへの対応の重要性
• 2.遺伝子ドーピングとは-その検出困難性について
• 3.遺伝子ドーピングの低侵襲的検出法の開発-リキッドバイオプシーのコンセプトの応用-
• 4.実装を考えたときの技術的問題点と解決へ向けての取り組み
• 5.検査の実装を考えた場合の倫理的問題について

第5節 ゲノム編集技術による遺伝子治療の開発

• 1.従来の遺伝子治療とゲノム編集
  • 1.1 遺伝子の導入と分類
  • 1.2 Gene additionと疾患の遺伝形式
  • 1.3 Gene additionの副作用に関して
• 2.ゲノム編集による遺伝子治療の特徴
  • 2.1 ゲノム編集における遺伝子改変の種類
  • 2.2 遺伝子治療におけるゲノム編集技術の優位性
• 3.ゲノム編集の機序6-8
  • 3.1 ヌクレアーゼの種類
  • 3.2 DNAの改変メカニズム
• 4.ゲノム編集に伴う遺伝子毒性 (genotoxicity) とその他の副作用
  • 4.1 オフターゲット効果
  • 4.2 DSBに伴う変化
  • 4.3 免疫応答
• 5.編集効率や正確性の上昇に向けた改良
  • 5.1 HDRの効率上昇
  • 5.2 新たなゲノム編集方法の開発
• 6.遺伝子発現制御やエピジェネティック制御
  • 6.1 転写の制御
  • 6.2 エピジェネティックな制御
• 7.標的細胞や組織へのデリバリー
  • 7.1 Ex vivo遺伝子治療
  • 7.2 In vivo遺伝子治療
• 8.遺伝子毒性の解析
  • 8.1 オフターゲット解析
  • 8.2 欠失や転座などの同定
• 9.治療に向けたゲノム編集—ex vivo遺伝子治療
  • 9.1 がんに対するT細胞療法
  • 9.2 造血幹細胞へのゲノム編集遺伝子治療
• 10. 臨床におけるゲノム編集—in vivo遺伝子治療
  • 10.1 トランスサイレチンアミロイドーシス
  • 10.2 レーバー先天盲 (Leber congenital amanurosis)
  • 10.3 ヘテロ接合性家族性高コレステロール血症 (heterozygous familial hypercholesterolemia: HeFH)
  • 10.4 デュシェンヌ型筋ジストロフィー (Duchenne muscular dystrophy: DMD)

第6節 HBVのcccDNAに対する遺伝子治療の開発

• 1.HBVの特徴
  • 1.1 B型肝炎と肝がん
  • 1.2 HBV研究の環境
  • 1.3 HBVのウイルス学的性質
  • 1.4 B型肝炎の治療
• 2.ゲノム編集技術の治療応用とその現状
  • 2.1 ゲノム編集遺伝子と作用原理
  • 2.2 遺伝子治療におけるゲノム編集遺伝子の利用
  • 2.3 世界におけるゲノム編集治療の開発状況
• 3.HBVに対するゲノム編集治療
  • 3.1 HBVに対するゲノム編集治療の開発
  • 3.2 ゲノム編集遺伝子の輸送
  • 3.3 ゲノム編集治療の個別化

第7節 in vivoゲノム編集におけるゲノム編集技術の最新動向

• 1.in vivoゲノム編集に用いられるモダリティーと課題
• 2.ゲノム編集に関する科学委員会報告
  • 2.1 AAVベクターやmRNAによるin vivoゲノム編集
  • 2.2 in vivoゲノム編集におけるoff-target作用やon-target変異の評価
  • 2.3 ゲノム編集酵素のターゲッティングと改変効率
• 3.ゲノム改変効率の向上を目指した取組
• 4. in vivoゲノム編集を用いた臨床開発とその課題
• 5.In vivoゲノム編集の開発と今後の課題

第4章 農業分野におけるゲノム編集技術の活用と課題対策

第1節 ゲノム編集による高糖度トマトの作出およびトマト果実の形の改変

• 1.ゲノム編集によるトマトの高糖度化
  • 1.1 果実への糖の蓄積メカニズム
  • 1.2 アポプラスト型インベルターゼインヒビター遺伝子ゲノム編集トマトの作出
  • 1.3 アポプラスト型インベルターゼインヒビター遺伝子ゲノム編集トマトの形質
• 2.MYB3R 転写因子遺伝子の編集によるトマト果実の形の改変
  • 2.1 MYB3R 転写因子
  • 2.2 MYB3R 転写因子遺伝子の編集によるトマト果実の形の改変
• 3.トマト育種における今後のゲノム編集技術の活用

第2節 シイタケゲノム配列の育種への応用と整備

• 1.きのこにおけるゲノム編集の現状
• 2.シイタケゲノム情報の整備
• 3.シイタケにおけるゲノム情報を利用した育種技術開発
• 4.シイタケにおけるゲノム編集技術と今後の展望

第3節 多重ゲノム編集を可能とするHoSeI法とその活用

• 1.大腸菌ゲノムを改変する技術の開発
  • 1.1 マーカー遺伝子の挿入による遺伝情報の破壊
  • 1.2 λファージ由来の組換え酵素およびCRISPR-Casをもちいたゲノム編集の活用
  • 1.3 Flp-FRTシステムを利用した多重ゲノム改変への応用
• 2.Homologous Sequence Integration (HoSeI) 法の開発
  • 2.1 CRISPR-Cas9をもちいた大腸菌のゲノム編集
  • 2.2 sgRNA発現プラスミドの構築システム
  • 2.3 形質転換で評価するゲノム切断の機能性sgRNA発現プラスミド
• 3.HoSeI法による多重ゲノム編集
  • 3.1 マーカー遺伝子を用いた多重ゲノム改変
  • 3.2 マーカー遺伝子を用いない多重ゲノム編集
• 4.ゲノム編集大腸菌株を活用した金属資源化の技術開発
  • 4.1 微生物バイオ技術をもちいた金属回収技術
  • 4.2 パラジウム精錬の資源
  • 4.3 ゲノム編集大腸菌株による新しい金属資源化の技術開発

第4節 日本におけるゲノム編集生物の各規制について

• 1.はじめに
• 2.国内におけるゲノム編集生物の取扱い
  • 2.1 ゲノム編集技術の分類とヌルセグリガント
  • 2.2 カルタヘナ法における取扱い
• 3.監督官庁に届けられたゲノム編集生物
• 4.国民理解の醸成
• 5.ゲノム編集生物の利用に伴う問題点

第5節 葉緑体と植物ミトコンドリアのゲノム編集

• 1.植物ミトコンドリアのゲノム編集
  • 1.1 標的DNA切断技術 (mitoTALEN法)
  • 1.2 植物ミトコンドリアゲノムの標的一塩基置換
  • 1.3 タバコのミトコンドリアゲノムの領域特異的な塩基置換
• 2.葉緑体のゲノム編集
  • 2.1 葉緑体ゲノムの標的一塩基置換
  • 2.2 TALENを用いた葉緑体ゲノムの標的DNA切断

第6節 植物病原糸状菌のゲノム編集技術

• 1.植物病原糸状菌におけるゲノム編集ツールの選択・構築・設計・導入
  • 1.1 ゲノム編集ツールの選択
  • 1.2 ゲノム編集ツールの構築・設計
  • 1.3 ターゲット配列の設計
  • 1.4 ゲノム編集ツールの導入
• 2.植物病原糸状菌におけるゲノム編集手法とその特性
  • 2.1 NHEJ修復を介したゲノム編集とエスケープ機構
  • 2.2 相同組換え修復を介したゲノム編集
  • 2.3 ショートホモロジーを介したゲノム編集
  • 2.4 マーカーフリーゲノム編集とマーカーリサイクリング
  • 2.5 CRISPRによる転写制御
  • 2.6 その他の手法

第7節 遺伝子組換え体検知技術の最新の研究動向

• 1.背景
• 2.遺伝子組換え検知技術
  • 2.1 定性PCR法
  • 2.2 定量PCR法
• 3.新しい遺伝子組換えでない表示に対応可能な検査法
  • 4.25塩基を標的としたスクリーニング検査法

第8節 微細藻類スマートグリーンセルファクトリーの創生と展望

• 1.微細藻類における遺伝子組換え技術
  • 1.1 遺伝子導入技術
  • 1.2 プロモーター
  • 1.3 コドン最適化
  • 1.4 イントロン
  • 1.5 選択マーカー
• 2.CRISPR/Cas9 システムを用いた微細藻類のゲノム編集
• 3.微細藻類の遺伝子組換えにおける課題と展望

第5章 水畜産物分野におけるゲノム編集技術の活用と課題対策

第1節 家畜の雌雄の性決定機構の解析技術

• 1.動物の性決定機構
  • 1.1 哺乳動物の性決定機構解析
  • 1.2 鳥類の性決定機構解析の現状
  • 1.3 鳥類の性決定機構解析の今後
• 2.雌雄の産み分け技術
  • 2.1 家畜の雌雄の産み分け技術
  • 2.2 家禽の雌雄の産み分け技術

第2節 乳用牛のゲノム編集による改良とDX・AI技術を有効利用したマーケット革命

• 1.DX・AI技術
• 2.アニマル・ウェルフェア
• 3.ゲノム編集技術
  • 3.1 遺伝子組換えとゲノム編集
  • 3.2 家畜を対象としたゲノム編集の手順
  • 3.3 畜産領域におけるゲノム編集の近況およびメリットとデメリット
  • 3.4 乳用牛のゲノム編集による改良

第3節 ヒト抗体医薬大量生産技術へのゲノム編集ニワトリの活用

• 1.創薬開発動向の考察
• 2.創薬標的の偏在
• 3.アルツハイマー病治療抗体の開発動向
• 4.新薬の経済性
• 5.ヒト抗体医薬大量生産技術の開発
• 6.代替生産系としての動物バイオリアクター開発
• 7.ニワトリバイオリアクターの開発
• 8.ニワトリバイオリアクターによるバイオモノづくり
• 9.ゲノム編集ニワトリ生産系の開発
• 10. ゲノム編集ニワトリによるモノクローナル生産
• 11.生産された抗体の特徴
• 12.レギュレーション対応
• 13.ゲノム編集ニワトリ生産系特有の利点
• 14.ゲノム編集ニワトリ生産系の課題

第4節 Platinum TALENを用いたアレルゲンの除去技術

• 1.アレルギーの発症機序
  • 1.1 I型アレルギー反応
• 2.鶏卵のアレルゲン
• 3.鶏卵のオボムコイドノックアウト方法
  • 3.1 ゲノム編集の標的細胞
  • 3.2 アレルゲンノックアウトのストラテジー
  • 3.3 CRISPR/Cas9によるオボムコイドのノックアウト
  • 3.4 Platinum TALENの応用
• 4.鶏卵のオボムコイドの検出方法
• 5.食品利用における安全性と評価方法
  • 5.1 変異を導入した遺伝子の転写・翻訳を調べる
  • 5.2 オフターゲット作用と核酸の挿入の調査
  • 5.3 主要成分等の変化
  • 5.4 その他の留意点
• 6.他分野への波及効果

第5節 養殖魚の育種系統とゲノム編集魚の作出方法

• 1.養殖魚の育種系統の作出方法
  • 1.1 我が国の海産養殖魚の歴史と家魚化
  • 1.2 水産における「品種」と「系統」
  • 1.3 水産における育種の困難さ
  • 1.4 ゲノム編集による系統作出に必要な世代数
  • 1.5 養殖魚の家系の特徴とゲノム編集への影響
• 2.ゲノム編集魚の作出技術
  • 2.1 魚類の遺伝子改変育種の歴史
  • 2.2 農作物と養殖魚のゲノム編集技術の比較
  • 2.3 ゲノム編集魚の作出方法
• 3.ゲノム編集魚の研究開発動向
  • 3.1 国内の状況
  • 3.2 海外の状況

第6節 海産脊椎動物ホヤにおけるゲノム編集

• 1.ホヤとは
• 2.ホヤ研究の状況
• 3.カタユウレイボヤにおけるゲノム編集技術の歴史
• 4.TALENかCRISPR/Cas9か?
• 5.生殖細胞への変異導入と変異体系統樹立
• 6.終わりに

第7節 水産養殖におけるゲノム編集育種の支援技術としての染色体操作

• 1.染色体操作とは
• 2.人為倍数体
  • 2.1 倍数体誘起の原理と技術
  • 2.2 人為三倍体
  • 2.3 人為四倍体
• 3.人為雌性・雄性発生
  • 3.1 人為雌性発生誘起の原理と技術
  • 3.2 人為雄性発生誘起の原理と技術
  • 3.3 雌性・雄性発生二倍体の特性と性比
  • 3.4 雌性・雄性発生倍加半数体とクローン誘起
• 4.自然倍数体および自然クローン
• 5.染色体操作のゲノム編集への活用

第8節 三大穀物間における遺伝資源の相互利用:イネ-コムギ交雑植物とトウモロコシ-コムギ交雑植物

• 1.異種交雑と生殖的隔離
• 2.顕微授精法による生殖的隔離機構の克服
• 3.イネコムギ (Oryzawheat) :イネ?コムギ間の遺伝資源相互利用
  • 3.1 イネコムギの作出とそのゲノム組成
  • 3.2 イネコムギの形質
• 4.トウモロコシコムギ (Zeawheat) :トウモロコシ?コムギ間の遺伝資源相互利用
• 5.今後の展望

第6章 有用物質生産技におけるのゲノム編集の活用と課題対策

第1節 ゲノム編集を利用したホモブタノール発酵菌株の開発

• 1.ABE発酵の概要
  • 1.1 ABE発酵の歴史
  • 1.2 ABE発酵の特徴と問題点
• 2.GroupIIイントロンを利用した遺伝子破壊によるホモブタノール発酵菌株の育種
  • 2.1 GroupIIイントロンを利用した遺伝子破壊方法
  • 2.2 アセトン生成の抑制によるホモブタノール発酵菌株の育種
• 3.ゲノム編集技術Target-AIDを利用したn-ブタノール高収率株の作成
  • 3.1 Target-AIDによるゲノム編集の仕組み
  • 3.2 Target-AIDによるホモブタノール発酵菌株の育種
  • 3.3 他のグラム陽性菌でのゲノム編集

第2節 ショットガンメタゲノム解析の理論と未知微生物へのアプローチ

• 1. 環境微生物生態解析の進展
• 2. ショットガンメタゲノム解析とは
  • 2.1 クオリティコントロール (Quality control)
  • 2.2 アセンブリ (Assembly)
  • 2.3 ビニング (Binning)
  • 2.4 ドラフトゲノムのクオリティチェック
  • 2.5 ドラフトゲノムの系統予測
  • 2.6 遺伝子のオートアノテーション
• 3. ショットガンメタゲノム解析を用いた未知微生物の機能解明の実施例
  • 3.1 高純度テレフタル酸製造廃水とテレフタル酸ジメチル製造廃水の一括処理を行う 嫌気性バイオリアクターのショットガンメタゲノム解析
  • 3.2 多面的なアプローチによる嫌気性環境下で ポリエチレンテレフタレート関連物質を分解する微生物群の機能解明

第3節 線虫C. elegansを用いたゲノム編集とその利用について

• 1.線虫 (Caenorhabditis elegans : C. elegans) とは
• 2.線虫における分子遺伝学的手法の発展
• 3.線虫における遺伝子導入法
• 4.線虫におけるCRISPR/Cas9を用いたゲノム編集
  • 4.1 ゲノム編集を受けた線虫の選別
  • 4.2 ゲノム編集そのものの効率を上げる改良
• 5.線虫におけるゲノム編集の用途
  • 5.1 相同組換えによるノックイン個体の作製
  • 5.2 線虫を用いたヒト希少疾患研究への応用
  • 5.3 遺伝子発現の制御
• 6.線虫におけるゲノム編集技術の今後の課題

第4節 発酵産業に使用される糸状菌の研究基盤—白麹菌と鰹節カビを例として—

• 1.発酵食品製造に使用される糸状菌
• 2.白麹菌について
  • 2.1 白麹菌のゲノムと遺伝子発現情報
  • 2.2 白麹菌のゲノムと遺伝子発現情報のデータベース
  • 2.3 白麹菌の形質転換法
• 3.白麹菌のクエン酸高生産機構の解析
  • 3.1 白麹菌のミトコンドリアのクエン酸輸送体
  • 3.2 白麹菌の細胞膜のクエン酸輸送体
  • 3.3 黄麹菌のクエン酸輸送体
  • 3.4 クエン酸輸送体遺伝子cexAの発現制御
  • 3.5 麹の製造工程におけるクエン酸生産
• 4.鰹節カビについて
  • 4.1 鰹節カビのゲノムと遺伝子発現情報
  • 4.2 鰹節カビの高効率な遺伝子組換え系
• 5.本稿で取り上げた成果の応用面について

第7章 ゲノム編集技術の活用分野を広げるための最新技術&予測される課題対策

第1節 ゲノム編集の技術的問題点

• 1.切断されたDNAの修復に伴う問題
• 2.オフターゲットの問題
  • 2.2 オフターゲットの原因 (その1) :同じ塩基配列が異なる遺伝子に存在する場合
  • 2.3 オフターゲットの原因 (その2) :ガイドRNAによるDNA塩基配列のミスマッチ
  • 2.4 オフターゲットの原因 (その3) :遺伝子のスプライシング
  • 2.5 オフターゲットの原因 (その4) :ゲノム編集に使うDNA分解酵素やgRNAの濃度
• 3.マーカー遺伝子の問題
• 4.予期しない蛋白質の発生

第2節 ゲノム編集におけるオフターゲットの回避と低減

• 1.CRISPR-Cas9システムにおけるオフターゲット効果の問題
  • 1.1 標的配列以外の領域においてDNA切断をもたらすCRISPR-Cas9の特性
  • 1.2 DNA切断部位に望まない変異をもたらすCRISPR-Cas9の特性
• 2.Cas9変異体の利用によるオフターゲット効果の低減
  • 2.1 ニッカーゼCas9を利用したCRISPR-Cas9システムによるオフターゲット効果の低減
  • 2.2 ドナーDNAを用いずにニッカーゼCas9を利用するための新たなCRISPR-Cas9システム
  • 2.3 オフターゲット効果が低減された高忠実度Cas9変異体の開発

第3節 切らないゲノム編集の展開

• 1.切るゲノム編集の課題
• 2.塩基編集
  • 2.1 塩基編集技術の基本原理
  • 2.2 塩基編集技術のバリエーション
  • 2.3 オルガネラ塩基編集
• 3.塩基編集のオフターゲット
  • 3.1 切らないゲノム編集技術の信頼性と安全性
  • 3.2 塩基編集特有のオフターゲットと評価
  • 3.3 オフターゲット低減へのアプローチ
• 4.その他の切らないゲノム編集派生技術
  • 4.1 プライム編集 (Prime editing)
  • 4.2 遺伝子発現操作 (CRISPRa/i) 、RNA編集、エピゲノム編集
• 5.まとめ

第4節 切らないゲノム編集技術の開発と疾患原因遺伝子の修復

• 1.CRISPR-Casシステムの概要
  • 1.1 CRISPR-Casシステムの原理
  • 1.2 CRISPR-Casシステムの臨床利用
  • 1.3 CRISPR-Casシステムの安全性への危惧
• 2. ゲノムDNAを標的とした塩基編集技術
  • 2.1 基本原理
  • 2.2 疾患治療へのアプローチ
  • 2.3 DNA塩基編集の課題
• 3. ミトコンドリアDNAを標的とした塩基編集技術
• 4. RNAに対する塩基編集技術
• 5.プライム編集技術
  • 5.1 基礎原理
  • 5.2 疾患治療へのアプローチ
  • 5.3 課題と解決策

第5節 遺伝情報の精密さを100倍以上に向上させるgRNA技術

• 1.CRISPR-Cas9の問題点
  • 1.1 オフターゲット問題
  • 1.2 困難なアレル選択的編集
  • 1.3 再変異 (re-editing) 誘導
  • 1.4 DSBによる細胞毒性
  • 1.5 低いHDR効率
• 2.Cas9活性調節による精密編集の最適化
  • 2.1 活性調節[C]gRNAの開発
  • 2.2 ©gRNAによるオフターゲット抑制
  • 2.3 ©gRNAによるアレル選択的編集
  • 2.4 ©gRNAによる精密編集
  • 2.5 ©gRNAによる細胞毒性緩和
  • 2.6 Cas9活性とゲノム編集アウトプットの関係

第6節 生体内での有効な新しいゲノム編集技術:HITIとその派生技術

• 1.生体内ゲノム編集技術を用いた遺伝病の遺伝子治療
  • 1.1 従来の遺伝子治療法
  • 1.2 ゲノム編集治療
• 2.ゲノム編集技術の基盤原理と生体内への応用
  • 2.1 DNA修復機構とゲノム編集技術
  • 2.2 細胞周期とゲノム編集技術
• 3.生体内ゲノム編集技術とゲノム編集治療技術の開発
  • 3.1 遺伝子ノックアウトを用いた生体内ゲノム編集と治療応用
  • 3.2 HDR法を用いた生体内ゲノム編集と治療応用
  • 3.3 HITI法の開発とゲノム編集治療への応用
  • 3.4 SATI法の開発とゲノム編集治療への応用
  • 3.5 HITI-TE法の開発とゲノム編集治療への応用
  • 3.6 Gene-DUET法の開発とゲノム編集治療への応用
  • 3.7 その他の生体内ゲノム編集治療技術

第7節 ゲノム編集動物を作製する上での「正確性」に関する技術と課題

• 1.受精卵を介したゲノム編集における一般的な「正確性」
  • 1.1 オフターゲットリスク
  • 1.2 オンターゲットリスク
  • 1.3 ノックインにおける予期しないリスク
• 2. 変異導入アレルの正確な解釈
  • 2.1 変異導入≠ノックアウト
  • 2.2 欠失が発現亢進を引き起こすケース
  • 2.3 欠失が他の遺伝子の発現に影響するケース
  • 2.4 ドミナントネガティブ体
• 4.リファレンスゲノムについての課題
• 5.今後の展望

第8節 ゲノム再編成による遺伝子機能への理解とバイオものづくりへの応用

• 1.バイオものづくりにおけるDBTL サイクル
  • 1.1 バイオエコノミー実現に向けた社会の動きと課題
  • 1.2 DBTL サイクルによるバイオものづくり
• 2.TAQing システム
  • 2.1 CRISPR/Cas9 システムと SCRaMbLE 法によるゲノムエンジニアリング
  • 2.2 TAQing システムの原理
  • 2.3 TAQing の改良型技術
  • 2.4 TAQing システムの今後
• 3.再編成ゲノムの解析と合成
  • 3.1 TAQingシステムによる遺伝子マッピング手法の開発
  • 3.2 最小改修ゲノムによる有用株の作成

第9節 遺伝子改変動物作製における先進技術の開発

• 1.ゲノム編集技術を用いた遺伝子改変動物の作製
• 2.ゲノム編集技術を用いた遺伝子改変動物作製法
  • 2.1 マイクロインジェクション法を用いたゲノム編集動物作製法
  • 2.2 マイクロインジェクション法による受精卵への核酸導入
  • 2.3 マイクロインジェクション法の現状
• 3.テイク法 (受精卵エレクトロポレーション法) によるゲノム編集動物作製法の開発
  • 3.1 エレクトロポレーション法による細胞への核酸導入
  • 3.2 エレクトロポレーション法による受精卵への核酸導入法の開発
  • 3.3 テイク法による遺伝子改変動物の作製の現状と応用
  • 3.4 テイク法の現状
• 4.卵管内の受精卵へのエレクトロポレーション法によるゲノム編集動物作製法
  • 4.1 卵管内の受精卵へのエレクトロポレーション法によるゲノム編集動物作製法
  • 4.2 卵管内の受精卵へのエレクトロポレーション法の現状

第10節 rGONAD法による遺伝子改変ラットの作製法と摂食抑制ホルモン・ニューロメジンU欠損ラットの表現型の解析

• 1.少量のDNAで解析を可能とするCIRCLE-seq法の確立
• 2.改良版CIRCLE-seq法 (CRISPR-KRISPR法) によるオフターゲット部位の検出と検証
  • 2.1 オフターゲット編集の解析に用いたサンプル群
  • 2.2 CRISPR-KRISPR法を用いたオフターゲット候補部位の検出
  • 2.3 CRISPR-KRISPR法で検出されたオフターゲット部位の検証
• 3.CRISPR-KRISPR法のランダム挿入部位探索への応用
  • 3.1 CRISPR-KRISPR法によるランダム挿入部位の探索戦略
  • 3.2 CRISPR-KRISPR法によるランダム挿入候補部位の検出と検証
  • 3.3 ssDNAドナーのランダム挿入部位の特徴
• 4.CRISPR-KRISPR法の利点と課題
• 5.CRISPR-KRISPRの解析フローチャート (実験手順)

第11節 CRISPR-KRISPR:ノックイン実験に用いたドナーDNAの挿入領域を同定する方法

• 1.少量のDNAで解析を可能とするCIRCLE-seq法の確立
• 2.改良版CIRCLE-seq法 (CRISPR-KRISPR法) によるオフターゲット部位の検出と検証
  • 2.1 オフターゲット編集の解析に用いたサンプル群
  • 2.2 CRISPR-KRISPR法を用いたオフターゲット候補部位の検出
  • 2.3 CRISPR-KRISPR法で検出されたオフターゲット部位の検証
• 3.CRISPR-KRISPR法のランダム挿入部位探索への応用
  • 3.1 CRISPR-KRISPR法によるランダム挿入部位の探索戦略
  • 3.2 CRISPR-KRISPR法によるランダム挿入候補部位の検出と検証
  • 3.3 ssDNAドナーのランダム挿入部位の特徴
• 4.CRISPR-KRISPR法の利点と課題
• 5.CRISPR-KRISPRの解析フローチャート (実験手順)

第12節 受精卵を用いたDNAフリーゲノム編集イネおよびトウモロコシの作出

• 1.DNAフリーゲノム編集イネの作出
  • 1.1 顕微受精法によるイネ受精卵の作出
  • 1.2 PEG-Ca2+法によるイネ受精卵への物質導入
  • 1.3 Cas9-gRNA RNP導入によるDNAフリーゲノム編集イネの作製
• 2.DNAフリーゲノム編集トウモロコシの作出
  • 2.1 供試品種の選定
  • 2.2 受精卵の単離
  • 2.3 プラスミドの導入と導入後の受精卵の発達
  • 2.4 培養方法の検討
  • 2.5 ゲノム編集ツールの導入
  • 2.6 植物体の解析結果について
• 3.今後の課題・展望
  • 3.1 実験に供する受精卵の質について
  • 3.2 他植物種への応用
  • 3.3 単離直後の受精卵の保管方法について
  • 3.4 受精卵への物質の導入方法
  • 3.5 ゲノム編集当代植物のキメラ状態について

第8章 ゲノム編集技術における規制と市場動向

第1節 国内外におけるゲノム編集技術の規制・受容状況

• 1.アメリカ
  • 1.1 農務省 (USDA)
  • 1.2 環境保護庁 (EPA)
  • 1.3 食品医薬品局 (FDA)
• 2.EU
• 3.南米
  • 3.1 アルゼンチン
  • 3.2 チリ
  • 3.3 ブラジル
• 4.オセアニア
  • 4.1 豪州
  • 4.2 ニュージーランド
• 5.アジア諸国
  • 5.1 中国
  • 5.2 インド
  • 5.3 フィリピン
• 6.日本国内における規制の概要と特質
  • 6.1 カルタヘナ法 (環境省)
  • 6.2 食品衛生法 (厚生労働省)
  • 6.3 食品表示制度 (消費者庁)
• 7.消費者意識の動向
  • 7.1 ゲノム編集技術に対する望ましい規制
  • 7.2 食品表示に対する意識
  • 7.3 技術利用に対する受容度
  • 7.4 消費者意識に関する暫定的知見
• 8.おわりに

第2節 倫理問題から考えるゲノム編集の課題

• 1.ゲノム編集技術の利用をめぐる2つの問題圏
• 2. ヒト以外の生物を対象とするゲノム編集技術の利用 (Engineering the Engine)
  • 2.1 家畜・作物の改良をめぐる問題
  • 2.2 特定種の絶滅計画をめぐる問題
  • 2.3 生態系・環境の保全をめぐる問題
  • 2.4 生物の多様性と生物学革命の時代
• 3.ヒトを対象とするゲノム編集技術の利用 (Engineering the engineer)
  • 3.1 ヒトと動物の間
  • 3.2 ヒトを対象とするゲノム編集技術の利用
• 4.人間の定義とゲノム編集技術

第3節 ゲノム編集をした製品の動向

• 1.規制の枠組み
• 2.ゲノ編集食品の開発・上市の状況
  • 2.1 届出の状況
  • 2.2 試験栽培の状況
  • 2.3 開発の状況
• 3.消費者の受け止めかた
  • 3.1 消費者の不安
  • 3.2 消費者のイメージ
  • 3.3 リスクコミュニケーション

第4節 ゲノム編集食品に関する取扱いルールの経緯とこれから

• 1.ゲノム編集技術とゲノム編集食品
• 2.遺伝子組換え食品の取扱いルール
• 3.ゲノム編集食品の取扱いルール作りの経緯
• 4.具体的な取扱いルール (届出と表示)
  • 4.1 ゲノム編集の分類
  • 4.2 届出制度
  • 4.3 表示
• 5.届出されたゲノム編集食品
• 6.取扱いルール作りがリスクコミュニケーションに果たした役割
• 7.海外の状況
• 8.今後

第5節 日本と世界の食料安全保障とゲノム編集の課題

• 1.食料の特性と穀物、大豆、イモの重要性
  • 1.1 食料の特徴
  • 1.2食料・農産物の中の、穀物、大豆、イモの重要性
• 2.二つの食料危機
  • 2.1 経済的なアクセスが困難となる危機
  • 2.2 物理的なアクセスが困難となる危機
• 3.日本に食料危機が生じた場合の対応
  • 3.1 最低限日本に必要な食料
  • 3.2 危機への対応~平時の国内生産の拡大と輸出
  • 3.3 食料自給率は上げられる
• 4.日本ができる世界貢献
• 5.食料有事法制の検討
• 6.ゲノム編集の食料安全保障への貢献
  • 6.1 ゲノム編集の特徴
  • 6.2 ゲノム編集に対する期待の高まり
  • 6.3 農業のBC過程とM過程
  • 6.4 消費者の不安と生産・流通の実際
  • 6.5 ゲノム編集への期待

第6節 ゲノム編集技術の特許戦略について

• 1.CRISPR/Cas9の基本特許出願時の状況について
• 2.Broad Instituteの特許戦略とビジネス戦略
  • 2.1 特許出願戦略
  • 2.2 ビジネス戦略
• 3.カリフォルニア大学とウィーン大学の特許戦略
• 4.成立した権利の内容
• 5.ビジネス戦略と知財戦略との関係

第7節 発明特許の観点から考えるゲノム編集の知財情報

• 1.CRISPR/Cas9ゲノム編集技術の基本特許について
  • 1.1 特許第6423338号
  • 1.2 特許第6343605号
  • 1.3 特許第6692856号
  • 1.4 特許第6517143号
  • 1.5 特許第6545621号
• 2.CAR-Tへの応用発明
  • 2.1 特表2021-525518号公報
  • 2.2 特許第6879910号
  • 2.3 特表2022-516389号公報
• 3.dCasを用いた発明
• 4.Cpf1を用いた発明
  • 4.1 特許第6898865号
  • 4.2 特許第6835726号