CRISPR-Cas9ハサミを初めて「撮影」したスペインの科学者

「偶然、生物物理学で働くことになったのです」**エヴァ・ノガレスは冗談を言います。カリフォルニア大学 (バークレー) の生化学と分子生物学の教授は、カール・セーガン*から科学者として評価されたと告白しています。ノガレスは、極低温電子顕微鏡法の分野の先駆者であり、Nature Methods によって「今年の画期的な製品」と考えられています。この技術のおかげで、研究者は*ジェニファー・ダウドナ**のチームと協力して、DNA編集のための革新的なシステムであるCRISPR-Cas9を初めて「撮影」することに成功しました。 Nature Methods誌がクライオ電子顕微鏡法を「今年の画期的な技術」に選出

エヴァ・ノガレスはマドリッド自治大学で基礎物理学を学びました。 「私が卒業しようとしていたとき、ヨーロッパのシンクロトロンが完成し、省がいくつかの奨学金を出してくれました。グルノーブルに行こうと思っていましたが、夏期講習でジョアン・ボルダスに会いました」と科学者はニューロストリームに説明した。これは、ALBA シンクロトロンの元所長の指導の下で博士論文を遂行するために、彼が英国に行くための荷物をまとめた方法です。ノガレスは現在、カリフォルニアのローレンス・バークレー国立研究所で働いており、ここ 10 年間で最も最先端の技術の 1 つであるクライオ電子顕微鏡法を専門としています。

今年最も重要なテクニック

「生物物理学は、分析を実行できる物理的な技術と機器を使用して、生物学的プロセスを定量的な方法で研究するのに役立ちます。私たちは、より記述的なものから予測の分野に移行します。」と研究者は言います。たとえば、X 線結晶構造解析のおかげで、この分野の最も代表的な発見の 1 つである DNA の二重らせん構造が明らかになりました。生物物理学のおかげで、私たちは予測研究に集中するために記述的分析をやめました

ノガレス氏の言葉を借りれば、「電子を使用して物体をナノメートルの解像度で可視化する」代替方法が電子極低温顕微鏡法である。 「不活性物質を研究する場合、1 アムストロング (Å) 未満の分解能が達成されます。つまり、単一の画像で個々の原子が見えます」とカリフォルニア大学の教授は強調します。しかし生物学において、この技術は大きな問題を引き起こしました。 「何百もの電子を通過させる必要があり、その後構造が破壊されました」と彼はHipertextualに説明しています。

どうやって解決すればいいでしょうか？一部の研究者は、温度を液体窒素の温度まで下げることで、分子とシステムの水和状態を保存できるため、水が昇華できないことに気づきました。 「この方法では、イオン化中に形成されるラジカルの拡散が非常に遅いため、高解像度の画像を取得できるようになります」と Eva Nogales 氏はコメントしています。

しかし、彼らが撮った写真はあまりにもぼやけていました。 「まるで騒音が多かったみたいです」と彼は説明する。このため、何百枚もの画像を撮影して重ね合わせ、解像度を向上させる必要があります。したがって、構造を三次元レベルで視覚化することができます。最後のCRISPR-Cas9システムは、今世紀で最も重要な遺伝ツールです。

「分子ハサミ」の写真

エヴァ・ノガレス氏のグループは、より迅速かつ効率的な方法でゲノムを編集するのに役立つ「分子メス」開発の先駆者の一人であるジェニファー・ダウドナ氏のチームと協力している。 「 Cas9は細菌がファージに対する防御として使用するタンパク質です。どういうわけか[微生物]は[ウイルス]が外来DNAを提示し、CRISPR-Cas9システムがそれを分解することを知っています」と研究者はコメントしている。エヴァ・ノガレス氏は「ゲノムを編集できることで、病気を治すための刺激的な可能性が開かれる」と語る。

CRISPR-Cas9 の「分子ハサミ」は、DNA を切断して貼り付けることができることから名付けられており、病気を治療する可能性があることが実証されています。彼らが科学界に引き起こした関心は非常に大きいが、消極的でもある。 「新しい知識が[人々]に劇的な影響を与える可能性があるたびに、それを良い方向に使うか悪い方向に使うかは、科学者と非科学者が使用の実際の可能性と限界について議論することにかかっています」とエヴァ・ノガレスは倫理について尋ねられると言う。 CRISPR-Cas9 が引き起こした議論。

「倫理を一人で議論するのは不可能だと感じています。社会を巻き込む必要があります。政治家、医師、哲学者、社会学者も議論に参加しなければなりません」と彼は言う。彼の意見は、CRISPR-Cas9 の発明者であるジェニファー・ダウドナ氏とエマニュエル・シャルパンティエ氏が表明したものと非常によく似ていますが、彼らも現在特許戦争に巻き込まれており、ノガレス氏はコメントを避けたいと考えています。しかし、このスペインの研究者は、CRISPR-Cas9 が国民に与える影響に関して非常に明確な意見を表明しています。彼の言葉を借りれば、「ゲノムを編集できるということは、病気の治療だけでなく、オンデマンドで人間をデザインするという刺激的な可能性を開くものでもある。私たちが好む特徴を持った人間を使って、その利用がどの程度まで歪められるのか。たとえば、青色をしている」目は？」と彼は尋ねた。

CRISPR-Cas9 をめぐる生命倫理に関する大きな議論は、主に生殖細胞系列の遺伝子改変を中心に展開されています。ゲノムが編集された胚を女性の子宮に移植することはできないが、最近英国で申請が認可された。遺伝子組み換えで作られた赤ちゃんは生まれないが、エバ・ノガレス氏は、人々の間に生じる可能性のある抵抗感を理解している。同氏がニューロストリームに指摘しているように、「ゲノム編集の普及は十分ではありません。人々は情報を得ていません。不当な恐怖を煽る声もありますが、彼らは商業的利益を濫用していると認識する可能性もあります。」遺伝子工学の誕生とともに生じた、科学知識へのアクセスと直接衝突する 2 つの興味深い問題。 「情報に基づいた意思決定が行われるよう、社会がこれらのことを理解することが重要です」と彼は指摘する。ノガレス氏の研究により、ゲノムを編集するために「分子ハサミ」がどのように作用するのかを知ることができた

しかし、Eva Nogales 氏の研究は、CRISPR-Cas9 の将来の応用には焦点を当てていません。 「私たちは基本的な生物学的プロセスを研究しています。それを知ることで、役立つようにそれらを変更したり修正したりすることができます」と彼は明確にします。ジェニファー・ダウドナとともに *Science* 誌に掲載された彼の最新研究は、ゲノムを編集するために「分子ハサミ」がどのように作用するかを分析しています。バークレーの2つのグループは、Cas9タンパク質がどのようにして「ガイド」RNAと切断されるDNAとの間の接触を確立することが可能なのか疑問に思った。この疑問に答えるために、ノガレスのチームはクライオ電子顕微鏡法を使用し、DNAが編集される数秒前に形成されるループを写真に撮ることができました。スペインの科学者の言葉を借りれば、この技術は「タンパク質が DNA を 30 度以上曲げることができ、それによって分子内に曲線が生成され、タンパク質が開いて RNA が結合できる仕組み」を視覚化するのに役立ったという。彼の意見では、この知識は「タンパク質工学などの分野では不可欠である」という。

科学、平等、進歩

ゲノム編集の可能性により、「分子ハサミ」は **ノーベル賞**の有力な候補となっています。しかし、今日提示されているような有望なアプリケーションが常に存在していたわけではありません。エヴァ・ノガレス氏によると、「CRISPR-Cas9の例は完璧だ。彼らは遺伝病を治療するとは言っておらず、むしろ、なぜそのシステムが細菌のDNAに存在するのかを理解しようとしていた。細菌のDNAには何も関係がない」人間の健康に関わることだ。」このように研究者は、基礎研究の重要性を強調しています。なぜなら、彼女の意見では、基礎研究なしでは「進歩はない」からです。彼がHipertextualに説明したように、「自分を取り巻く自然を知らなければ、それを修正することもできません。病気の何が問題なのかを知るためには、健康な細胞がどのようなものかを理解する必要があります。」彼の言葉は生物医学研究だけに同意するものではありません。 「同じことが半導体でも起こりました。通信に革命を起こしたいとは誰も言いませんでしたが、むしろ半導体の電気特性を研究したいのです」と彼は付け加えた。基礎研究がなければ「進歩はない」と生物物理学の分野で世界的に著名なノガレス氏は言う

バークレーでのノガレスの研究により、電子極低温顕微鏡などの卓越した技術を使用して、「分子ハサミ」の最初の「写真」を入手することが可能になりました。彼女の研究結果により、このスペイン人女性は生物物理学の分野における主要な科学者の一人となりました。研究者という立場からすると異例の事態。 「女性が学校に通い始めた瞬間から、科学や数学よりも文学に向かうのは事実です」と彼はコメントする。

しかし、エヴァ・ノガレス氏は問題の根源を指摘することを躊躇している。 「それが先天的なものなのか、特別なものなのかはわかりませんが、私がスペインに留学していたときは、物理学を勉強している女子生徒が 30% いましたが、教師はいませんでした」と彼女は指摘する。米国の状況はやや前向きです。 Hipertextualによると、彼女の学科 [生化学および分子生物学] では、35% の女性が教師および研究者として働いています。 「物理学では確かにもっと少ないですが」と彼は指摘する。ノガレス氏は、これは「受け継がれている歴史問題」だと主張する。しかし、それは解決策と課題ももたらします。 「ロールモデルなんていないよ」と彼は最初に言う。 #WomenInSTEMのようなキャンペーンは、この状況を変えることを目指しています。体内時計は、研究者が一定の位置に到達するために重要な段階と一致します。

第二に、科学者は有名な体内時計について言及しています。彼女の言葉を借りれば、これは「一定の位置に到達するために重要な段階と一致します」。 「今は仕事上だけでなく、子供を産む上でも非常に重要な時期だ」と彼は言う。だからこそ、女性が科学者としてのキャリアを積むためには、「自分をサポートしてくれる夫」の存在が不可欠だと彼女は考えている。そして、体内時計と、母性と父性の違いにより、平等との間には計り知れないほどの距離があり続けています。研究分野でも。

新政府へのアドバイス

エバ・ノガレスによれば、米国とスペインの科学の間にも溝があるという。 「米国の研究開発システムには欠陥もあるが、世界最高のシステムの一つだ」と同氏は指摘する。実力主義への取り組みと研究への断固とした投資が両国を区別しています。 「ここでは、彼らは刷新し、変化させ、新しいアイデアをもたらしたいと考えています。近親交配は存在しません」と彼はカリフォルニアの研究室から説明する。スペインのシステムはより階層的で、かなり固定的です。 「別の国で論文を書いた場合、その論文を検証することさえ困難です」と彼は嘆く。 「政治家は将来のビジョンを持たなければなりません。解決策は3年や4年で空から降ってくるものではありません。」

大西洋の反対側からの視点は、スペインの科学を向上させる鍵を提供します。 「政治家は将来のビジョンを持たなければならない。解決策は3～4年で空から降ってくるものではない。彼らの視野は5～10年で経済的・社会的富を創出し、雇用を創出し、経済を活性化させることでなければならない」と氏は語った。アドバイスします。そして彼は、北米の研究開発システムのいくつかの特徴を輸出することを推奨しています。とりわけ、彼は次の言葉を引用しています: 「科学のほとんどは大学で行われています。教えている同じ教授が最先端の研究を行っています。しかし、これが可能なのは、時間数が少なく、年間 30 時間程度であるためです。おそらくスペインでは週に30時間くらいだろう。」

ノガレス氏は米国だけでなく英国やドイツも例に挙げた。 「スペインでは常に他人の特許に依存してきました」と彼は振り返る。そして彼はもう一つの重要な側面についても言及しています。 「科学は納税者の税金のおかげで成り立っています。彼らは私たちがそのお金を適切に使っていると感じているはずで、したがって政治家に科学への投資を要求しているのです。」その分析は、スペインの研究における改革と改善のいくつかの側面を反映しています。だからこそ彼は次期政権への最後のアドバイスを指摘している。 「彼らに科学者と話をさせてください。科学者なしでは科学政策を行うことはできません。これが、ノーベル賞受賞者を閣僚に組み入れたオバマ大統領のやり方なのです」と彼は結論付けた。