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6月2日 新型コロナウイルスの感染と変異株の種類を一回で検出できるCRISPR/Cas9システムの開発(5月28日号 Science 掲載論文)

2021年6月2日

感染症の特定には、病原体検査が必須で、様々なチャンネルで検査を増やすことが感染対策の基本になる。オリンピック参加の選手を毎日PCR検査と言ってもなんの不思議も感じない我が国でも、1年前には検査を拡大すること自体ナンセンスといった意見が多くの専門家から聞こえたのは嘘のようだ。

とはいえ、新型コロナウイルスの検査の主流は今もPCRや抗原検査だが、このHPで何度も紹介したように(https://aasj.jp/news/lifescience-easily/13013 、https://aasj.jp/news/watch/8385)、クリスパーを用いた系に変わっていくと予想する。ただ、これまで用いられていたCas12やCas13のように、活性化されると周りの全ての一本鎖DNAを切る性質を用いた場合、ガイドを増やして様々な変異体もカバーすれば、感染を見落とすことはないが、感染している変異体を特定するには、単一のガイドを用いた検査をやり直す必要があった。

今日紹介するビュルツブルグにあるヘルムホルツ感染症センターからの論文は、通常用いられるCas9の新たな可能性を追求する中で、一回の検査でウイルス変異体を特定できる方法を開発した研究で、5月28日号のScience に掲載された。タイトルは「Noncanonical crRNAs derived from host transcripts enable multiplexable RNA detection by Cas9(ホストの転写物中の標準とは違うクリスパーRNAを理解することでCas9のマルチプレックスRNA検出が可能になる)」だ。

CRISPR/Cas9=遺伝子編集と頭の中が固定されてしまっていると、Cas9+ガイドRNAの組み合わせで、ターゲットを切断する過程を想像するだけで終わるが、クリスパーの生物学を研究している人にとっては、ガイドRNAはあくまでもcrRNAとtransactivating crRNA(tracrRNA)が結合したものだ。これを一体化させて遺伝子操作に使ったというのがダウドナさんとシャルパンティエさんの閃きだが、crRNAとtracrRNAを眺めていると、クリスパー領域に存在している遺伝子でなくても、crRNAとして働けるのでは考えるのは当然だ。

この研究ではカンピロバクターの持つCas9に結合する細胞内のRNA を集めてきて、Cas9にリクルートされるRNAの性質を詳しく調べ、tracrRNAと結合してCas9にリクルートされるRNAには、クリスパーシステム領域外に存在する、普通のmRNAの一部が存在していることを発見する。

このnoncannonical crRNAの機能も面白いところだが、著者らはtracrRNAと結合してCas9にリクルートするためのRNA条件を詳しく検討し、こうして得られた条件を元に、tracrRNAの一部に検出したいRNA配列を組み替え、さらにこうしてできたRNAペアにより活性化したCas9に切断させる蛍光ラベルしたインディケーターDNAにも、検出するRNA配列の一部を取り込むことで、サンプルの中に存在する特定のRNA配列に反応して、インジケーターDNAが切断されるという、RNA検出系LEOPARDを完成させている。

このときインジケーターDNAの切断後の長さを変えておくことで、複数の標的を検出し、しかも特定できる。この研究では、アジレント社の電気泳動システムBioanalyzerを用いて、インディケーターの長さを測定するパイロット系を用い、1μlに10コピーの感度で変異ウイルスを特定できることを示している。

この研究では、Bioanalyzerという普及が難しい仕組みを使っているが、将来はインディケーターの標識を複数にしたり、あるいは思い切って変異ウイルスの数だけのマイクロアレーを用いるといった使い方も可能だろう。いずれにせよ、実験室レベルでも、感染と同時に変異株の種類を特定できる検査が可能になったことは、今後の感染症対策にとっても重要だ。

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