以CRISPR/Cas 9為代表的基因體編輯技術是通過切斷DNA的雙鏈來改變目標基因的技術，但日本神戶大學確立了「無需剪切的基因體編輯®」技術，該校成立的初創企業Bio Palette計劃使其商業化。「無需剪切的基因體編輯®」技術與以往的基因體編輯技術有何不同？又該如何實現商業化？
◆ 無需剪切的基因體編輯®
Bio Palette公司成立於2017年2月，目標是利用無需剪切DNA即可置換基因的新型基因體編輯技術開展業務。這項技術是神戶大學研究生院科學技術創新研究科的西田敬二教授在該研究科主任近藤昭彥教授的實驗室研發出來的。成立於2016年的科學技術創新研究科還致力於創業教育，Bio Palette是從該研究科誕生的第一家生物初創企業（照片1）。
照片1：Bio Palette的實驗室
人們熟悉的基因體編輯技術有CRISPR/Cas9，這是以基因體序列上的特定位點為靶點，用核酸酶切斷DNA的雙鏈，從而改變目標基因的技術。而Bio Palette的技術是在使核酸酶失去活性的CRISPR系統中添加鹼基轉化酶，得到人造的酶化合物，利用這種酶化合物，無需剪切DNA即可精準置換DNA的構成要素鹼基，進行基因體編輯，被稱為「無需剪切的基因體編輯®」技術（圖1）。
圖1：無需剪切的基因體編輯®技術的概要
◆ Target-AID®和Target-G®
該公司保有的「無需剪切的基因體編輯®」技術有「Target-AID®」和「Target-G®」兩種（表1）。
表1：無需剪切的基因體編輯®技術的特點
Target-AID®是可以用特定模式精確置換單個鹼基的技術。由於無需切斷DNA，因此發生不確定的缺失和插入的機率極低。Target-G®則是隨機置換某個區域的鹼基的技術。
CRISPR/Cas9、轉錄激活因子樣效應物核酸酶（TALEN：Transcription Activator-Like Effector Nuclease）及鋅指核酸酶（ZFN：Zinc Finger Nucleases）等「剪切基因體編輯」需要切斷DNA的雙鏈。即使切斷，DNA也會利用細胞的修復功能恢復原樣，但如果反復重複這一動作，就會有一定機率發生DNA鹼基缺失或插入等修復錯誤。利用這種錯誤誘導靶基因突變就是「剪切基因體編輯」的主要概念。或者也可以通過切斷靶DNA序列的雙鏈，同時向基因體中提供擁有同源性序列的模板DNA來更換DNA序列，這種情況也會發生缺失或插入。也就是說，「剪切基因體編輯」的編輯效果是在一定程度的不確定性下取得的。另外，切斷DNA對細胞來說有時會形成壓力。例如某些微生物，切斷DNA雙鏈後，可能會因為無法修復而導致細胞死亡。另外，關於多靶點編輯（同時編輯多個位點），切斷位點增加的話，毒性也會增強，因此，能利用「剪切基因體編輯」技術同時編輯的位點數量有限。
如上所述，「剪切基因體編輯」利用的是通過切斷DNA誘導的細胞機制，由於其特性的原因，這樣的技術存在一定的限制。而「無需剪切的基因體編輯®」技術無需切斷DNA，所以不會受到剪切帶來的限制。也就是說，幾乎不會發生意外的缺失或插入，可以實現細胞毒性較低的編輯，在多靶點編輯中，還成功實現了數十個位點的同時編輯。不過，在插入新的DNA片段等方面，「剪切基因體編輯」的經驗更豐富（圖2）。
圖2：無需剪切的基因體編輯®技術的特點**1
◆ 解決「剪切基因體編輯」課題獲得商機
基因體編輯技術的醫療相關應用要求準確進行基因編輯，不能發生非預期的突變。在CRISPR/Cas9等「剪切基因體編輯」中，尤其是在體內進行基因編輯時（in vivo療法），如何抑制非預期突變成為一大課題。為此，針對一些疾病開發了先將細胞提取到體外進行編輯，然後再篩選正確完成編輯的細胞放回體內的方法（ex vivo療法）。「無需剪切的基因體編輯®」有望實現更加準確和精密的編輯，因此有可能解決「剪切基因體編輯」技術在醫療應用中存在的課題。
另外，基因體編輯技術在植物和微生物育種中的應用也備受期待，目前正在以大量植物為對象，推進利用CRISPR/Cas9進行品種改良的研究。「剪切基因體編輯」試著通過切斷靶DNA序列來刪除特定基因的功能或插入DNA片段，從而增加新的功能。而Target-AID®和Target-G®比較適合擴展生物原有功能的用法。另外，高效製作對育種至關重要的多樣化突變體時，細胞毒性較低的「無需剪切的基因體編輯®」也更具優勢。
「‘剪切基因體編輯’與‘無需剪切的基因體編輯®’是特徵明顯不同的技術，各自都有適合的用途，可以根據目的區分使用這兩種技術。另一方面，從基因體編輯整體來看，必須時刻意識到倫理和法規等。正如Bio Palette公司代表董事村瀨所言，二者各有利弊，在商業化中似乎還存在應該將二者結合在一起思考的課題。
該公司的「無需剪切的基因體編輯®」技術要想開拓新市場，就要尋找與「剪切基因體編輯」不同的需求。前文已經提到，在醫療和新藥開發領域、農業水產領域及微生物領域等廣泛領域都存在新的可能性（表2）。
表2：無需剪切的基因體編輯®的市場優勢
「無需剪切的基因體編輯®」技術作為源自日本的核心基因體編輯技術備受關注，今後要從長遠角度出發，依照相關法律開展業務，未來的業務開展應該會面臨不少困難。
文《產學研合作月刊》總編輯 山口泰博
翻譯編輯 JST 客觀日本編輯部
參考文獻
**1：
Nishida, K. et al., Targeted nucleotide editing using hybrid prokaryotic and vertebrate adaptive immune systems. Science. 2016, vol.353, issue 6305, aaf8729.
