TED2019
David R. Liu: Can we cure genetic diseases by rewriting DNA?
デイヴィッド・リュー: DNAを書き換えて遺伝病を治すことはできるか？
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化学生物学者のデイヴィッド・リューが、画期的な科学的発見の話をお聞かせします。DNAを書き換えられる塩基エディタの開発です。遺伝子編集におけるこの大きな展開は、CRISPRの夢を新たなレベルに引き上げます。CRISPRタンパク質が、特定のDNA塩基配列を切断するようプログラム可能な分子のハサミだとしたら、塩基エディタはDNAの１文字を直接書き換えられる鉛筆です。この分子の機構がどのように働くのか、そして遺伝病が治療できるだけでなく完治さえする可能性がいかに開けるのかを学んでください。
David R. Liu - Chemical biologist
David R. Liu leads a research group that combines chemistry and evolutionary techniques to create revolutionary new medicines. Full bio
David R. Liu leads a research group that combines chemistry and evolutionary techniques to create revolutionary new medicines. Full bio
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00:13
The most important gift
your mother and father ever gave you
your mother and father ever gave you
0
1286
4031
ご両親から皆さんへの
一番大切な贈り物は
一番大切な贈り物は
00:17
was the two sets
of three billion letters of DNA
of three billion letters of DNA
1
5341
2720
２組の30億文字からなるDNAで
00:20
that make up your genome.
2
8085
1564
それが皆さんのゲノムを
作り上げています
作り上げています
00:22
But like anything
with three billion components,
with three billion components,
3
10014
2477
30億もの要素からなる
ものの常として
ものの常として
それには壊れやすい面があり
00:24
that gift is fragile.
4
12515
1400
日光 喫煙
不健康な食生活
不健康な食生活
00:26
Sunlight, smoking, unhealthy eating,
5
14815
3540
00:30
even spontaneous mistakes
made by your cells,
made by your cells,
6
18379
2992
細胞の中で自然に
起きる誤りなどにより
起きる誤りなどにより
00:33
all cause changes to your genome.
7
21395
1923
ゲノムに変化が
引き起こされます
引き起こされます
00:36
The most common kind of change in DNA
8
24942
3278
DNAの変化で
最も一般的なのは
最も一般的なのは
00:40
is the simple swap of one letter,
or base, such as C,
or base, such as C,
9
28244
4229
１つの文字 すなわち塩基が
入れ替わるというもので
入れ替わるというもので
00:44
with a different letter,
such as T, G or A.
such as T, G or A.
10
32497
3241
たとえば C が
他の T, G, A のいずれかに変わります
他の T, G, A のいずれかに変わります
00:48
In any day, the cells in your body
will collectively accumulate
will collectively accumulate
11
36744
3373
そういう１文字の変化は
体の中の細胞のどこかで
体の中の細胞のどこかで
00:52
billions of these single-letter swaps,
which are also called "point mutations."
which are also called "point mutations."
12
40141
4836
日に何十億回となく起きていて
「点突然変異」と呼ばれています
「点突然変異」と呼ばれています
00:58
Now, most of these
point mutations are harmless.
point mutations are harmless.
13
46147
2531
点突然変異は
ほとんどの場合無害ですが
ほとんどの場合無害ですが
01:00
But every now and then,
14
48702
1158
時折 そういう変異が
01:01
a point mutation disrupts
an important capability in a cell
an important capability in a cell
15
49884
3993
細胞の重要な機能を
阻害したり
阻害したり
細胞に有害な振る舞いを
させることがあります
させることがあります
01:05
or causes a cell to misbehave
in harmful ways.
in harmful ways.
16
53901
3355
01:10
If that mutation were inherited
from your parents
from your parents
17
58099
2999
突然変異が
親から受け継がれたり
親から受け継がれたり
発達の早い段階で
生じた場合
生じた場合
01:13
or occurred early enough
in your development,
in your development,
18
61122
2660
多くの ないしは
すべての細胞が
すべての細胞が
01:15
then the result would be
that many or all of your cells
that many or all of your cells
19
63806
2966
その有害な突然変異を
持つ結果になり
持つ結果になり
01:18
contain this harmful mutation.
20
66796
1912
01:21
And then you would be one
of hundreds of millions of people
of hundreds of millions of people
21
69153
3270
遺伝病を患う
数億人の１人になります
01:24
with a genetic disease,
22
72447
1611
01:26
such as sickle cell anemia or progeria
23
74082
3003
たとえば鎌状赤血球症
プロジェリア症候群
プロジェリア症候群
01:29
or muscular dystrophy
or Tay-Sachs disease.
or Tay-Sachs disease.
24
77109
3121
筋ジストロフィー
テイ=サックス病など
テイ=サックス病など
01:34
Grievous genetic diseases
caused by point mutations
caused by point mutations
25
82225
3182
点突然変異によって起こる
酷い遺伝病には
酷い遺伝病には
01:37
are especially frustrating,
26
85431
1993
とくに苛立たしい
ものがあります
ものがあります
01:39
because we often know
the exact single-letter change
the exact single-letter change
27
87448
2904
病気を引き起す変異した文字が
どれかは判明していて
どれかは判明していて
01:42
that causes the disease
and, in theory, could cure the disease.
and, in theory, could cure the disease.
28
90376
4200
理屈の上では治療できることが
分かっていることも少なくないからです
分かっていることも少なくないからです
01:47
Millions suffer from sickle cell anemia
29
95268
2849
鎌状赤血球症を患う人は
何百万人もいますが
何百万人もいますが
01:50
because they have
a single A to T point mutations
a single A to T point mutations
30
98141
3071
これはヘモグロビン遺伝子の両方に
01:53
in both copies of their hemoglobin gene.
31
101236
2361
AからTへの点突然変異が
あることで起きます
あることで起きます
01:57
And children with progeria
are born with a T
are born with a T
32
105529
3132
プロジェリア症候群の子供には
生まれつき
生まれつき
Cであるべきところが
Tになっている
Tになっている
02:00
at a single position in their genome
33
108685
2168
点突然変異があり
02:02
where you have a C,
34
110877
1399
02:05
with the devastating consequence
that these wonderful, bright kids
that these wonderful, bright kids
35
113125
3439
その破滅的な結果として
素晴らしい聡明な子供達が
素晴らしい聡明な子供達が
02:08
age very rapidly and pass away
by about age 14.
by about age 14.
36
116588
3976
急速に老化し
14歳くらいで命を落とします
14歳くらいで命を落とします
02:14
Throughout the history of medicine,
37
122358
1683
医学の歴史を通して
この病気の原因となる
02:16
we have not had a way
to efficiently correct point mutations
to efficiently correct point mutations
38
124065
3060
TをCに戻すという
突然変異の修正を
突然変異の修正を
02:19
in living systems,
39
127149
1769
生体内で効率的に行う手段は
02:20
to change that disease-causing
T back into a C.
T back into a C.
40
128942
3200
最近までありませんでした
02:25
Perhaps until now.
41
133482
1968
02:27
Because my laboratory recently succeeded
in developing such a capability,
in developing such a capability,
42
135474
4190
私達の研究室で
それを可能にする
それを可能にする
「塩基編集」という手法の
開発に成功したのです
開発に成功したのです
02:31
which we call "base editing."
43
139688
1800
塩基編集技術開発の
物語の始まりは
物語の始まりは
02:35
The story of how we developed base editing
44
143277
2024
02:37
actually begins three billion years ago.
45
145325
2674
30億年前に遡ります
私達はバクテリアを
人が感染するものとして見ていますが
人が感染するものとして見ていますが
02:41
We think of bacteria
as sources of infection,
as sources of infection,
46
149055
2660
02:43
but bacteria themselves are also
prone to being infected,
prone to being infected,
47
151739
3314
バクテリア自身もまた
ウイルスに感染します
02:47
in particular, by viruses.
48
155077
1907
02:49
So about three billion years ago,
49
157871
2151
そのため 30億年ほど前
02:52
bacteria evolved a defense mechanism
to fight viral infection.
to fight viral infection.
50
160046
3880
バクテリアはウイルス感染に対する
防衛機構を進化させました
防衛機構を進化させました
02:57
That defense mechanism
is now better known as CRISPR.
is now better known as CRISPR.
51
165649
2785
その防衛機構が CRISPRとして
知られているものです
知られているものです
03:01
And the warhead in CRISPR
is this purple protein
is this purple protein
52
169008
2825
CRISPRの武器となるのが
この紫色の
この紫色の
03:03
that acts like molecular
scissors to cut DNA,
scissors to cut DNA,
53
171857
3778
DNAを切断する
分子のハサミとして働くタンパク質で
分子のハサミとして働くタンパク質で
二重螺旋を真っ二つにします
03:07
breaking the double helix into two pieces.
54
175659
2428
もしCRISPR がバクテリア自身のDNAと
ウイルスのDNAを区別できなければ
ウイルスのDNAを区別できなければ
03:11
If CRISPR couldn't distinguish
between bacterial and viral DNA,
between bacterial and viral DNA,
55
179323
3976
03:15
it wouldn't be a very useful
defense system.
defense system.
56
183323
2239
防衛システムとして
あまり役に立たないでしょうが
あまり役に立たないでしょうが
CRISPRのすごいところは
03:18
But the most amazing feature of CRISPR
57
186315
2785
03:21
is that the scissors can be
programmed to search for,
programmed to search for,
58
189124
5037
DNA塩基配列の
特定の部分だけを探して
特定の部分だけを探して
03:26
bind to and cut
59
194185
2423
取り付き 切断するよう
03:28
only a specific DNA sequence.
60
196632
2738
プログラムできることです
03:32
So when a bacterium encounters
a virus for the first time,
a virus for the first time,
61
200911
3397
バクテリアが あるウイルスに
初めて出会ったとき
初めて出会ったとき
そのウイルスのDNAの
小さな断片を保存しておき
小さな断片を保存しておき
03:36
it can store a small snippet
of that virus's DNA
of that virus's DNA
62
204332
3373
03:39
for use as a program
to direct the CRISPR scissors
to direct the CRISPR scissors
63
207729
3644
将来感染したときに
そのDNAを切断するよう
そのDNAを切断するよう
03:43
to cut that viral DNA sequence
during a future infection.
during a future infection.
64
211397
3536
CRISPRをプログラムする
ことができます
ことができます
03:47
Cutting a virus's DNA messes up
the function of the cut viral gene,
the function of the cut viral gene,
65
215778
4913
切断によってウイルスの遺伝子は
メチャクチャになり
メチャクチャになり
ウイルスのライフサイクルが
破壊されることになります
破壊されることになります
03:52
and therefore disrupts
the virus's life cycle.
the virus's life cycle.
66
220715
2702
03:58
Remarkable researchers including
Emmanuelle Charpentier, George Church,
Emmanuelle Charpentier, George Church,
67
226059
4801
傑出した研究者のエマニュエル・シャルパンティエ
ジョージ・チャーチ
ジョージ・チャーチ
04:02
Jennifer Doudna and Feng Zhang
68
230884
2653
ジェニファー・ダウドナ
フェン・チャンといった人々によって
フェン・チャンといった人々によって
04:05
showed six years ago how CRISPR scissors
could be programmed
could be programmed
69
233561
3969
CRISPRのハサミは
バクテリアの選んだ
ウイルスのDNAの代わりに
ウイルスのDNAの代わりに
04:09
to cut DNA sequences of our choosing,
70
237554
2587
人間の遺伝子の塩基配列から
任意に選んだ部分を切断するよう
任意に選んだ部分を切断するよう
04:12
including sequences in your genome,
71
240165
2369
04:14
instead of the viral DNA sequences
chosen by bacteria.
chosen by bacteria.
72
242558
3343
プログラムできることが
６年前に示されました
６年前に示されました
しかし結果は
似たものになります
似たものになります
04:18
But the outcomes are actually similar.
73
246550
2534
04:21
Cutting a DNA sequence in your genome
74
249606
2468
DNAの塩基配列を
切断することは
切断することは
04:24
also disrupts the function
of the cut gene, typically,
of the cut gene, typically,
75
252098
4127
通常切られた遺伝子の機能を
阻害することになります
阻害することになります
04:28
by causing the insertion and deletion
of random mixtures of DNA letters
of random mixtures of DNA letters
76
256997
4467
切断部分には
ぐちゃぐちゃに文字が
挿入や削除されるためです
挿入や削除されるためです
04:33
at the cut site.
77
261488
1153
04:36
Now, disrupting genes can be very
useful for some applications.
useful for some applications.
78
264625
3881
ある種の応用には 遺伝子の機能を
阻害することが有用であり得ます
阻害することが有用であり得ます
04:42
But for most point mutations
that cause genetic diseases,
that cause genetic diseases,
79
270005
4301
しかし点突然変異で起きる
遺伝病については
遺伝病については
変異している遺伝子を
単に切断しても患者に益はなく
単に切断しても患者に益はなく
04:46
simply cutting the already-mutated gene
won't benefit patients,
won't benefit patients,
80
274330
4357
変異した遺伝子は
さらに壊すのではなく
さらに壊すのではなく
04:50
because the function of the mutated gene
needs to be restored,
needs to be restored,
81
278711
3968
修復する必要があるからです
04:54
not further disrupted.
82
282703
1615
04:57
So cutting this
already-mutated hemoglobin gene
already-mutated hemoglobin gene
83
285259
2882
鎌状赤血球症を引き起こす
変異したヘモグロビン遺伝子を
切断したところで
切断したところで
05:00
that causes sickle cell anemia
84
288165
2523
05:02
won't restore the ability of patients
to make healthy red blood cells.
to make healthy red blood cells.
85
290712
3516
健全な赤血球を作る能力は
回復しません
回復しません
05:07
And while we can sometimes introduce
new DNA sequences into cells
new DNA sequences into cells
86
295631
4341
切断部分の周囲の
塩基配列を置き換えるよう
塩基配列を置き換えるよう
05:11
to replace the DNA sequences
surrounding a cut site,
surrounding a cut site,
87
299996
3421
新たな塩基配列を
導入することもできますが
導入することもできますが
05:15
that process, unfortunately, doesn't work
in most types of cells,
in most types of cells,
88
303441
4324
あいにくこれは多くの種類の
細胞でうまくいかず
細胞でうまくいかず
壊した遺伝子の影響の方が
大きくなります
大きくなります
05:19
and the disrupted gene outcomes
still predominate.
still predominate.
89
307789
2441
多くの科学者達と
同じように
同じように
05:24
Like many scientists,
I've dreamed of a future
I've dreamed of a future
90
312297
2182
私も遺伝病が治療可能で
完治さえする未来を
完治さえする未来を
05:26
in which we might be able to treat
or maybe even cure
or maybe even cure
91
314503
2774
05:29
human genetic diseases.
92
317301
1371
夢見てきましたが
05:31
But I saw the lack of a way
to fix point mutations,
to fix point mutations,
93
319135
3801
人の遺伝病の
多くの原因となる
多くの原因となる
点突然変異を修復する
手段がないことが
手段がないことが
05:34
which cause most human genetic diseases,
94
322960
3024
大きな障害に
なっていました
なっていました
05:38
as a major problem standing in the way.
95
326008
2388
05:41
Being a chemist, I began
working with my students
working with my students
96
329434
2668
化学者として私は
学生と一緒に
学生と一緒に
05:44
to develop ways on performing chemistry
directly on an individual DNA base,
directly on an individual DNA base,
97
332126
4935
個々のDNA塩基に直接化学的に
働きかける方法を開発し始め
働きかける方法を開発し始め
05:49
to truly fix, rather than disrupt,
the mutations that cause genetic diseases.
the mutations that cause genetic diseases.
98
337085
5619
遺伝病を引き起こす突然変異を
破壊でなく修復することを目指しました
破壊でなく修復することを目指しました
05:56
The results of our efforts
are molecular machines
are molecular machines
99
344522
2548
その結果生まれたのが
「塩基エディタ」と呼ばれる
分子マシンです
分子マシンです
05:59
called "base editors."
100
347094
1388
06:01
Base editors use the programmable
searching mechanism of CRISPR scissors,
searching mechanism of CRISPR scissors,
101
349618
5475
塩基エディタは CRISPRのハサミの
プログラム可能な探索機構を利用しますが
プログラム可能な探索機構を利用しますが
06:07
but instead of cutting the DNA,
102
355117
2936
DNAを切断する代わりに
１つの塩基を
別の塩基に変換し
別の塩基に変換し
06:10
they directly convert
one base to another base
one base to another base
103
358077
2941
06:13
without disrupting the rest of the gene.
104
361042
2253
遺伝子の他の部分を
壊しません
壊しません
06:16
So if you think of naturally occurring
CRISPR proteins as molecular scissors,
CRISPR proteins as molecular scissors,
105
364674
4158
自然のCRISPRタンパク質が
分子のハサミとすれば
分子のハサミとすれば
06:20
you can think of base editors as pencils,
106
368856
2786
塩基エディタは分子の鉛筆で
06:23
capable of directly rewriting
one DNA letter into another
one DNA letter into another
107
371666
3496
DNAの１文字を別の文字に
直接書き換えることができます
直接書き換えることができます
06:28
by actually rearranging
the atoms of one DNA base
the atoms of one DNA base
108
376098
3803
原子を並べ替えて
DNA塩基を
別の塩基に変えるのです
別の塩基に変えるのです
06:31
to instead become a different base.
109
379925
2334
06:35
Now, base editors don't exist in nature.
110
383513
2176
塩基エディタは
自然界には存在しません
自然界には存在しません
06:38
In fact, we engineered
the first base editor, shown here,
the first base editor, shown here,
111
386683
3230
実際私達はここに示した
最初の塩基エディタを
最初の塩基エディタを
06:41
from three separate proteins
112
389937
1357
由来の異なる
３つのタンパク質から
３つのタンパク質から
06:43
that don't even come
from the same organism.
from the same organism.
113
391318
2230
作り出しました
06:46
We started by taking CRISPR scissors
and disabling the ability to cut DNA
and disabling the ability to cut DNA
114
394151
5097
CRISPRのハサミを出発点とし
DNAを切断する能力は抑え
DNAを切断する能力は抑え
ターゲットとなるDNA塩基配列を
探し出し取り付くというのを
探し出し取り付くというのを
06:51
while retaining its ability to search for
and bind a target DNA sequence
and bind a target DNA sequence
115
399272
4539
プログラム可能な形で
行う能力は残しました
行う能力は残しました
06:55
in a programmed manner.
116
403835
1534
力を抑えたCRISPRのハサミが
青で示されています
青で示されています
06:58
To those disabled CRISPR
scissors, shown in blue,
scissors, shown in blue,
117
406351
2837
07:01
we attached a second protein in red,
118
409212
2508
それに赤で示した
第２のタンパク質を付け
第２のタンパク質を付け
07:03
which performs a chemical reaction
on the DNA base C,
on the DNA base C,
119
411744
4301
それがCのDNA塩基を
Tのように振る舞う塩基へと置き換える
Tのように振る舞う塩基へと置き換える
07:08
converting it into a base
that behaves like T.
that behaves like T.
120
416069
3333
化学反応を引き起こします
07:12
Third, we had to attach
to the first two proteins
to the first two proteins
121
420958
3142
３つ目として
紫で示した
タンパク質を付け
タンパク質を付け
07:16
the protein shown in purple,
122
424124
1350
07:17
which protects the edited base
from being removed by the cell.
from being removed by the cell.
123
425498
3600
それが編集された塩基が
細胞によって排除されるのを防ぎます
細胞によって排除されるのを防ぎます
結果として得られたのは
３つの部分からなるタンパク質で
３つの部分からなるタンパク質で
07:22
The net result is an engineered
three-part protein
three-part protein
124
430466
2842
07:25
that for the first time
allows us to convert Cs into Ts
allows us to convert Cs into Ts
125
433332
4118
ゲノムの指定箇所の
CをTに変換することが
CをTに変換することが
初めて可能になりました
07:29
at specified locations in the genome.
126
437474
2163
07:33
But even at this point,
our work was only half done.
our work was only half done.
127
441490
3032
しかし これはまだ
やるべきことの半分でした
やるべきことの半分でした
07:36
Because in order to be stable in cells,
128
444546
2626
細胞内で安定して
存在するためには
存在するためには
07:39
the two strands of a DNA double helix
have to form base pairs.
have to form base pairs.
129
447196
3659
二重螺旋の２つの鎖が
塩基対を構成する必要があります
塩基対を構成する必要があります
07:44
And because C only pairs with G,
130
452125
3658
CはGとのみ対になり
07:47
and T only pairs with A,
131
455807
3002
TはAとのみ対になるため
07:51
simply changing a C to a T
on one DNA strand creates a mismatch,
on one DNA strand creates a mismatch,
132
459752
4846
単にDNAの１つの鎖で
CをTに変えても
CをTに変えても
07:56
a disagreement between the two DNA strands
133
464622
2849
２つのDNA鎖の間で
齟齬が起き
齟齬が起き
07:59
that the cell has to resolve
by deciding which strand to replace.
by deciding which strand to replace.
134
467495
4268
細胞はどちらの鎖を交換するか
決めねばなりません
決めねばなりません
08:05
We realized that we could further engineer
this three-part protein
this three-part protein
135
473149
4341
この３つの部分からなる
タンパク質にさらに手を加え
タンパク質にさらに手を加え
08:10
to flag the nonedited strand
as the one to be replaced
as the one to be replaced
136
478649
3866
編集されていない方の鎖に
傷を付けて
傷を付けて
そちらが捨てられるように
できることに気付きました
できることに気付きました
08:14
by nicking that strand.
137
482539
1911
この小さな傷によって
細胞を騙し
細胞を騙し
08:17
This little nick tricks the cell
138
485276
2529
08:19
into replacing the nonedited G with an A
139
487829
4947
編集されていない鎖を
GをAで置き換えた鎖に
作り直させることで
作り直させることで
08:24
as it remakes the nicked strand,
140
492800
2325
08:27
thereby completing the conversion
of what used to be a C-G base pair
of what used to be a C-G base pair
141
495149
4031
塩基対C-Gから
安定した塩基対T-Aへの
変換が完了します
変換が完了します
08:31
into a stable T-A base pair.
142
499204
2296
私達の研究室の博士研究員だった
アレクシス・コモアを中心とした
アレクシス・コモアを中心とした
08:36
After several years of hard work
143
504585
1551
08:38
led by a former post doc
in the lab, Alexis Komor,
in the lab, Alexis Komor,
144
506160
3981
数年間の熱心な努力の末
08:42
we succeeded in developing
this first class of base editor,
this first class of base editor,
145
510165
3182
指定した箇所の
CをTに
CをTに
08:45
which converts Cs into Ts and Gs into As
146
513371
3666
GをAに変換する
第１の塩基エディタの
開発に成功しました
開発に成功しました
08:49
at targeted positions of our choosing.
147
517061
2159
08:52
Among the more than 35,000 known
disease-associated point mutations,
disease-associated point mutations,
148
520633
5230
病気との関連が知られている
３万５千種ほどの点突然変異のうち
３万５千種ほどの点突然変異のうち
08:57
the two kinds of mutations
that this first base editor can reverse
that this first base editor can reverse
149
525887
3785
この第１の塩基エディタによって
修復可能なのは２つのタイプで
修復可能なのは２つのタイプで
09:01
collectively account for about 14 percent
or 5,000 or so pathogenic point mutations.
or 5,000 or so pathogenic point mutations.
150
529696
6143
約14% ５千種の突然変異が
これに該当します
これに該当します
09:08
But correcting the largest fraction
of disease-causing point mutations
of disease-causing point mutations
151
536593
4770
病気を起こす点突然変異の
一番大きなグループに対処するには
一番大きなグループに対処するには
09:13
would require developing
a second class of base editor,
a second class of base editor,
152
541387
3635
AをGに あるいは
TをCに変換する
TをCに変換する
09:17
one that could convert
As into Gs or Ts into Cs.
As into Gs or Ts into Cs.
153
545046
4086
第２の塩基エディタが
必要になります
必要になります
09:22
Led by Nicole Gaudelli,
a former post doc in the lab,
a former post doc in the lab,
154
550846
3727
私達の研究室の博士研究員だった
ニコール・ガデリを中心に
ニコール・ガデリを中心に
09:26
we set out to develop
this second class of base editor,
this second class of base editor,
155
554597
3122
この第２の塩基エディタの
開発に乗り出しました
開発に乗り出しました
09:29
which, in theory, could correct up to
almost half of pathogenic point mutations,
almost half of pathogenic point mutations,
156
557743
6127
これは理論的には 病気を起こす
点突然変異の半分近くに対応でき
点突然変異の半分近くに対応でき
09:35
including that mutation that causes
the rapid-aging disease progeria.
the rapid-aging disease progeria.
157
563894
3911
早老症のプロジェリア症候群も
これに含まれます
これに含まれます
09:42
We realized that we could
borrow, once again,
borrow, once again,
158
570107
3167
新しい塩基エディタも
ゲノムの適切な位置に
持って行くのに
持って行くのに
09:45
the targeting mechanism of CRISPR scissors
159
573298
4068
CRISPRの機構が
利用できると分かりました
利用できると分かりました
09:49
to bring the new base editor
to the right site in a genome.
to the right site in a genome.
160
577390
5161
09:55
But we quickly encountered
an incredible problem;
an incredible problem;
161
583543
3092
しかしすぐに
大きな問題にぶつかりました
大きな問題にぶつかりました
09:59
namely, there is no protein
162
587896
2428
DNAのAをGに あるいは
TをCに変えるような
TをCに変えるような
10:02
that's known to convert
A into G or T into C
A into G or T into C
163
590348
4052
既知のタンパク質が
存在しなかったのです
10:06
in DNA.
164
594424
1161
10:08
Faced with such a serious stumbling block,
165
596760
2166
そのような重大な障害に
直面した場合
直面した場合
10:10
most students would probably
look for another project,
look for another project,
166
598950
2532
たいていの学生は
別のテーマを探します
別のテーマを探します
10:13
if not another research advisor.
167
601506
1740
指導教官が違っていれば—
10:15
(Laughter)
168
603270
1164
(笑)
10:16
But Nicole agreed to proceed with a plan
169
604458
1942
ニコールはこの非常に
野心的と思えた計画を
野心的と思えた計画を
10:18
that seemed wildly ambitious at the time.
170
606424
2667
続行することを
承知しました
承知しました
10:21
Given the absence
of a naturally occurring protein
of a naturally occurring protein
171
609966
2339
必要な化学反応を起こす
10:24
that performs the necessary chemistry,
172
612329
2161
天然のタンパク質がないため
10:26
we decided we would evolve
our own protein in the laboratory
our own protein in the laboratory
173
614514
3436
AをGのように振る舞う塩基に
変えるタンパク質を
変えるタンパク質を
10:29
to convert A into a base
that behaves like G,
that behaves like G,
174
617974
3835
実験室内で進化させることにし
10:33
starting from a protein
that performs related chemistry on RNA.
that performs related chemistry on RNA.
175
621833
4827
RNAで関連する反応を起こす
タンパク質を出発点にしました
タンパク質を出発点にしました
10:39
We set up a Darwinian
survival-of-the-fittest selection system
survival-of-the-fittest selection system
176
627230
3934
ダーウィン的な適者生存の
システムを用意し
システムを用意し
10:43
that explored tens of millions
of protein variants
of protein variants
177
631188
3992
タンパク質の数千万の
変種を探索し
変種を探索し
10:47
and only allowed those rare variants
178
635204
2018
必要な化学反応を
起こす変種だけが
起こす変種だけが
10:49
that could perform the necessary
chemistry to survive.
chemistry to survive.
179
637246
3221
生き残るようにしました
10:53
We ended up with a protein shown here,
180
641883
2388
そしてここに示す
タンパク質を得ました
タンパク質を得ました
10:56
the first that can convert A in DNA
181
644295
2857
DNAのAを
Gに相当する塩基に変換する
Gに相当する塩基に変換する
10:59
into a base that resembles G.
182
647176
2092
初のタンパク質です
そのタンパク質を
青で示した
青で示した
11:01
And when we attached that protein
183
649292
1603
11:02
to the disabled CRISPR
scissors, shown in blue,
scissors, shown in blue,
184
650919
2571
機能を抑えた
CRISPRのハサミに付け
CRISPRのハサミに付け
第２の塩基エディタができました
11:05
we produced the second base editor,
185
653514
2008
11:07
which converts As into Gs,
186
655546
3095
これはAをGに変え
最初の塩基エディタで
使ったのと同じ
使ったのと同じ
11:10
and then uses the same
strand-nicking strategy
strand-nicking strategy
187
658665
3841
鎖に傷を付ける方法で
11:14
that we used in the first base editor
188
662530
1920
細胞を騙し
11:16
to trick the cell into replacing
the nonedited T with a C
the nonedited T with a C
189
664474
5465
無編集のTの鎖を
Cの鎖に作り直させ
Cの鎖に作り直させ
11:21
as it remakes that nicked strand,
190
669963
1675
11:23
thereby completing the conversion
of an A-T base pair to a G-C base pair.
of an A-T base pair to a G-C base pair.
191
671662
4171
塩基対A-Tから 塩基対G-Cへの
変換を完成させました
変換を完成させました
11:28
(Applause)
192
676845
2047
(拍手)
11:30
Thank you.
193
678916
1170
ありがとうございます
11:32
(Applause)
194
680110
3357
(拍手)
11:35
As an academic scientist in the US,
195
683491
2335
アメリカで働く
科学者にとって
科学者にとって
拍手で中断されるというのは
珍しい体験です
珍しい体験です
11:37
I'm not used to being
interrupted by applause.
interrupted by applause.
196
685850
2147
11:40
(Laughter)
197
688021
3151
(笑)
11:43
We developed these
first two classes of base editors
first two classes of base editors
198
691196
4405
この２つの塩基エディタを
開発したのは
開発したのは
それぞれ ほんの３年前と
１年半前のことですが
１年半前のことですが
11:47
only three years ago
and one and a half years ago.
and one and a half years ago.
199
695625
2774
そのような短い期間
にもかかわらず
にもかかわらず
11:51
But even in that short time,
200
699267
1548
11:52
base editing has become widely used
by the biomedical research community.
by the biomedical research community.
201
700839
3722
塩基編集技術は 生物医学研究コミュニティで
広く使われるようになっています
広く使われるようになっています
11:57
Base editors have been sent
more than 6,000 times
more than 6,000 times
202
705776
4365
塩基エディタは 世界中の
千人以上の研究者の要請で
千人以上の研究者の要請で
６千回以上提供されています
12:02
at the request of more than
1,000 researchers around the globe.
1,000 researchers around the globe.
203
710165
3871
12:07
A hundred scientific research papers
have been published already,
have been published already,
204
715475
3516
塩基エディタを使った科学論文は
既に百本発表されており
既に百本発表されており
12:11
using base editors in organisms
ranging from bacteria
ranging from bacteria
205
719015
3728
対象はバクテリアから
植物 マウス
植物 マウス
12:14
to plants to mice to primates.
206
722767
2134
霊長類にまで及びます
12:19
While base editors are too new
207
727950
1607
塩基エディタは
新しいもので
新しいもので
12:21
to have already entered
human clinical trials,
human clinical trials,
208
729581
2885
まだ臨床試験には
至っていませんが
至っていませんが
12:24
scientists have succeeded in achieving
a critical milestone towards that goal
a critical milestone towards that goal
209
732490
5122
その目標に向けた重要な
マイルストーンに到達しています
マイルストーンに到達しています
人間に遺伝病を起こすのと
同じ点突然変異を
同じ点突然変異を
12:29
by using base editors in animals
210
737636
2849
12:32
to correct point mutations
that cause human genetic diseases.
that cause human genetic diseases.
211
740509
3909
動物において
塩基エディタで修復したのです
塩基エディタで修復したのです
12:37
For example,
212
745815
1151
たとえば
ルーク・コブランと
ジョン・レヴィが率いる
ジョン・レヴィが率いる
12:38
a collaborative team of scientists
led by Luke Koblan and Jon Levy,
led by Luke Koblan and Jon Levy,
213
746990
3793
うちの学生も２人
入っているチームが
入っているチームが
12:42
two additional students in my lab,
214
750807
2413
最近 第２の塩基エディタを使い
12:45
recently used a virus to deliver
that second base editor
that second base editor
215
753244
4119
プロジェリア症候群のマウスで
12:49
into a mouse with progeria,
216
757387
2190
12:51
changing that disease-causing
T back into a C
T back into a C
217
759601
3857
病気の原因となる
TをCに戻すことにより
TをCに戻すことにより
12:55
and reversing its consequences
at the DNA, RNA and protein levels.
at the DNA, RNA and protein levels.
218
763482
4106
DNA RNA タンパク質のレベルで
病変を修復しました
病変を修復しました
13:00
Base editors have also
been used in animals
been used in animals
219
768880
2746
塩基エディタが
動物における
動物における
病気治療に使われた
ケースとしては他に
ケースとしては他に
13:03
to reverse the consequence of tyrosinemia,
220
771650
2924
チロシン血症、βサラセミア
筋ジストロフィー
筋ジストロフィー
13:07
beta thalassemia, muscular dystrophy,
221
775642
3618
フェニルケトン尿症
先天性難聴
先天性難聴
13:11
phenylketonuria, a congenital deafness
222
779284
3690
ある種の心血管疾患があり
13:14
and a type of cardiovascular disease --
223
782998
1939
13:16
in each case, by directly
correcting a point mutation
correcting a point mutation
224
784961
4862
それぞれ病気の原因となる
点突然変異が
点突然変異が
13:21
that causes or contributes to the disease.
225
789847
2553
修復されています
13:25
In plants, base editors have been used
226
793688
2056
植物については
塩基エディタは
塩基エディタは
13:27
to introduce individual
single DNA letter changes
single DNA letter changes
227
795768
4072
収穫が改善されるよう
DNAを変更するのに
使われています
使われています
13:31
that could lead to better crops.
228
799864
1968
13:34
And biologists have used base editors
to probe the role of individual letters
to probe the role of individual letters
229
802253
4589
生物学者は がんのような
病気に関連する遺伝子の
病気に関連する遺伝子の
個々の文字の役割を探るために
塩基エディタを使っています
塩基エディタを使っています
13:38
in genes associated
with diseases such as cancer.
with diseases such as cancer.
230
806866
2817
13:43
Two companies I cofounded,
Beam Therapeutics and Pairwise Plants,
Beam Therapeutics and Pairwise Plants,
231
811046
4567
私が共同で創業した２つの会社
Beam Therapeuticsと Pairwise Plantsでは
Beam Therapeuticsと Pairwise Plantsでは
13:47
are using base editing
to treat human genetic diseases
to treat human genetic diseases
232
815637
3825
人の遺伝病の治療や
農業の改善のため
農業の改善のため
13:51
and to improve agriculture.
233
819486
1606
塩基エディタを使っています
13:53
All of these applications of base editing
234
821953
1966
これらの塩基エディタの
応用はすべて
応用はすべて
13:55
have taken place in less
than the past three years:
than the past three years:
235
823943
3094
過去３年以内に
行われており
行われており
13:59
on the historical timescale of science,
236
827061
2364
科学史という
時間の尺度では
時間の尺度では
14:01
the blink of an eye.
237
829449
1282
一瞬の間です
塩基編集による
遺伝病患者の生活の改善が
遺伝病患者の生活の改善が
14:04
Additional work lies ahead
238
832657
1253
14:05
before base editing can realize
its full potential
its full potential
239
833934
3032
本当に実現するまでには
14:08
to improve the lives of patients
with genetic diseases.
with genetic diseases.
240
836990
3614
まだまだ為すべきことがあります
14:13
While many of these diseases
are thought to be treatable
are thought to be treatable
241
841244
2780
これらの病気の多くは
背後にある突然変異を
背後にある突然変異を
14:16
by correcting the underlying mutation
242
844048
1849
臓器中の細胞の一定割合について
修復するだけでも
修復するだけでも
14:17
in even a modest fraction
of cells in an organ,
of cells in an organ,
243
845921
3516
治療可能だと
考えられていますが
考えられていますが
14:21
delivering molecular machines
like base editors
like base editors
244
849461
2976
塩基エディタのような
分子マシンを
分子マシンを
人間の細胞に送り込むのは
14:24
into cells in a human being
245
852461
1767
14:26
can be challenging.
246
854252
1169
容易でない
可能性があります
可能性があります
14:28
Co-opting nature's viruses
to deliver base editors
to deliver base editors
247
856962
3373
天然のウイルスを使って
風邪を起こす
分子の代わりに
分子の代わりに
14:32
instead of the molecules
that give you a cold
that give you a cold
248
860359
2198
塩基エディタを
運ばせるというのは
運ばせるというのは
14:34
is one of several promising
delivery strategies
delivery strategies
249
862581
2687
成功例のある
有望な配送戦略の１つです
有望な配送戦略の１つです
14:37
that's been successfully used.
250
865292
1659
14:40
Continuing to develop
new molecular machines
new molecular machines
251
868268
2365
新しいタイプの
分子マシンを開発し
分子マシンを開発し
14:42
that can make all of the remaining ways
252
870657
1868
１つの塩基対から
別の塩基対への置き換えの
別の塩基対への置き換えの
14:44
to convert one base pair
to another base pair
to another base pair
253
872549
2892
すべてのパターンを
網羅することや
網羅することや
14:47
and that minimize unwanted editing
at off-target locations in cells
at off-target locations in cells
254
875465
4380
細胞内の的外れな箇所で 望まない
編集が行われる可能性を最小化することは
編集が行われる可能性を最小化することは
14:51
is very important.
255
879869
1200
とても重要です
14:53
And engaging with other scientists,
doctors, ethicists and governments
doctors, ethicists and governments
256
881782
4706
他分野の科学者や 医師
倫理学者 政府と協力し
倫理学者 政府と協力し
14:58
to maximize the likelihood
that base editing is applied thoughtfully,
that base editing is applied thoughtfully,
257
886512
4791
塩基編集が思慮深く 安全で
倫理的なやり方で
適用されるようにすることは
適用されるようにすることは
15:03
safely and ethically,
258
891327
2381
15:05
remains a critical obligation.
259
893732
2000
重要な責務です
15:09
These challenges notwithstanding,
260
897525
1611
そういった課題こそあれ
15:11
if you had told me
even just five years ago
even just five years ago
261
899160
3655
もし誰かが ほんの５年前に
「世界の研究者達が
15:14
that researchers around the globe
262
902839
1651
15:16
would be using laboratory-evolved
molecular machines
molecular machines
263
904514
3539
実験室で進化させた
分子マシンを使い
分子マシンを使い
人間のゲノムの
指定した塩基対の
指定した塩基対の
15:20
to directly convert
an individual base pair
an individual base pair
264
908077
2997
別な塩基対への変換を
15:23
to another base pair
265
911098
1182
15:24
at a specified location
in the human genome
in the human genome
266
912304
2619
効率的かつ他の影響は
最小限に行っている」
最小限に行っている」
15:26
efficiently and with a minimum
of other outcomes,
of other outcomes,
267
914947
3825
などと言ったなら
私はきっと
私はきっと
「いったい何のSFを読んでるんだ？」と
15:30
I would have asked you,
268
918796
1168
15:31
"What science-fiction novel
are you reading?"
are you reading?"
269
919988
2474
聞いたことでしょう
15:35
Thanks to a relentlessly dedicated
group of students
group of students
270
923706
3460
自分でデザイン可能なものは
作り出せるくらいクリエイティブで
作り出せるくらいクリエイティブで
15:39
who were creative enough to engineer
what we could design ourselves
what we could design ourselves
271
927190
4460
デザインできないものは
進化させるくらい挑戦的な
進化させるくらい挑戦的な
15:43
and brave enough
to evolve what we couldn't,
to evolve what we couldn't,
272
931674
2925
倦むことを知らぬ
ひたむきな学生達のおかけで
ひたむきな学生達のおかけで
15:46
base editing has begun to transform
that science-fiction-like aspiration
that science-fiction-like aspiration
273
934623
5040
塩基編集は
SFのような夢から
SFのような夢から
ワクワクする新たな現実に
変わりつつあり
変わりつつあり
15:51
into an exciting new reality,
274
939687
1857
15:54
one in which the most important gift
we give our children
we give our children
275
942250
3231
子供達への
一番大切な贈り物として
一番大切な贈り物として
15:57
may not only be
three billion letters of DNA,
three billion letters of DNA,
276
945505
3025
30億文字のDNAだけでなく
16:00
but also the means to protect
and repair them.
and repair them.
277
948554
3110
それを守り修復するための道具を
渡せるようになるでしょう
渡せるようになるでしょう
16:04
Thank you.
278
952339
1151
ありがとうございました
16:05
(Applause)
279
953514
4502
(拍手)
16:10
Thank you.
280
958040
1150
ありがとうございます
ABOUT THE SPEAKER
David R. Liu - Chemical biologistDavid R. Liu leads a research group that combines chemistry and evolutionary techniques to create revolutionary new medicines.
Why you should listen
During his PhD research at Berkeley, David R. Liu initiated the first general effort to expand the genetic code in living cells. As a professor at Harvard and the Broad Institute, Liu integrates chemistry and evolution to illuminate biology and develop next-generation therapeutics. He has published more than 170 papers and is an inventor on more than 65 issued US patents.
Liu's major research interests include development and use of genome editing technologies to study and treat genetic diseases; the evolution of proteins with novel therapeutic potential; and the discovery of bioactive synthetic molecules using DNA-encoded libraries. Base editing, phage-assisted continuous evolution (PACE) and DNA-encoded libraries are three technologies pioneered in his laboratory that are now widely used in the biomedical sciences. Liu has also cofounded six biotechnology and therapeutics companies, including Editas Medicine, Beam Therapeutics, Pairwise Plants and Exo Therapeutics.
Liu grew up in Riverside, California, where playing with insects in his backyard crystallized his interest in science. He also is passionate about photography and has been banned from playing blackjack at virtually every major casino in Las Vegas after developing a creative and highly advantageous card-counting system.
David R. Liu | Speaker | TED.com