產業技術綜合研究所(AIST)
小型基因組編輯工具的起點不是酵素性能,而是結構
大型編輯酵素難以遞送至細胞,海外專利也成為阻礙之際,產業技術綜合研究所(AIST)等團隊不是從酵素序列,而是從立體結構尋找候選者。這種約600個胺基酸的小型酵素,在人類培養細胞中展現約60%的編輯效率,也已證實能用於植物。若遞送與安全性的確認持續進展,國內育種與治療開發的選項可能會增加。
基因組編輯是一種切開DNA的目標位置,利用細胞自身的修復機制破壞基因或改變序列的技術。切割位置由引導RNA指定。然而,像廣泛使用的CRISPR-Cas9這類大型DNA切割蛋白質,很難遞送至細胞。在植物中,也有在較低生長溫度下無法充分發揮作用的問題。若要在日本進行商業利用,還需要就源自海外的基礎專利進行授權協商與權利處理。
不只是大小,權利也是阻礙
產業技術綜合研究所(AIST)、TOPPAN控股與インプランタイノベーションズ組成的團隊,開發出源自植物感染性細菌Agrobacterium salinitolerans的DNA切割蛋白質AsaTnpB-L。它約有600個胺基酸,不到SpCas9的1368個胺基酸的一半。它由1個DNA切割蛋白質分子和1個引導RNA分子共同發揮作用。
重點在於,團隊不是從已知序列,而是從結構尋找候選者。團隊將植物感染性細菌的功能未知基因轉換為預測立體結構,篩選出形狀與已知DNA切割蛋白質相似的候選者。這不僅避開了專利集中於已知序列的競爭,也是建立能在日本國內使用的編輯基礎的起點。
觀察形狀,改善性能
AsaTnpB-L會辨識5’-TTCAT-3’這段鄰接序列(TAM序列),並依照引導RNA切割DNA。團隊以立體結構為線索,改變了蛋白質與引導RNA接觸位置的胺基酸。結果在人體培養細胞中取得約60%的編輯效率。團隊還將其辨識的TAM序列改為5’-TBAT-3’。B代表T、C、G。
インプランタイノベーションズ已證實,這項技術也能用於植物。這項技術已在日本申請專利,其中一部分已登記為專利第7821459號。根據發布方說法,改良型是為了不侵害日本國內既有他人專利,而獨自設計、開發的產品。


增加可遞送位置的條件
如果遞送性與安全性確立,並能大量使用,開發抗病作物或適合地區條件的品種時,可能會有更多選項。即使是在體外編輯細胞並用於治療,裝置大小對治療設計的限制程度也可能降低。如果能建立可在日本國內使用的專利、標準試劑與設計方法,大學和中小企業也會更容易參與育種與生物製造。
不過,切割目標以外DNA的脫靶作用、針對不同標的細胞或植物種類的遞送,以及長期安全性,仍有待確認。TAM和PAM的限制也依然存在。在維持高效率的同時,能否確認這些事項,將成為實用化的條件。