遺伝ドライブのための制御ベクトルの集団とボルバキアpipientisの使用のための人口置換戦略

私はジェイソン・ラスコン博士です。ジョンズ・ホプキンス・ブルームバーグ公衆衛生大学院の分子微生物学・免疫学部、およびジョンズ・ホプキンス・マラリア研究所の助教を務めております。私は主に、媒介動物集団の遺伝学と媒介性病原体の疫学との関係に関心を持っています。

マラリアは、今日の世界において最も重要な媒介物感染症です。非常に多くの死者を出しており、統計によって差はありますが、年間100万人から300万人が死亡しています。

その多くはアフリカの5歳未満の子供たちです。したがって、これは極めて深刻な問題となっています。それは単に死亡率だけの問題ではなく、罹患率や公衆衛生の面でも大きな負担となっており、また、この疾患に悩まされている地域の経済にとっても多大な負担となっており、本当に深刻な問題なのです。

南米、アフリカ、そしてアジアにおいて、これはある種の世界的な問題となっており、再流行しています。そのため、理論的にこれらの戦略を経済的に可能にするのがジンドライブシステムです。その考え方は、極めて少数の改変昆虫を用いて、実質的に個体群を制圧できるというものです。

そして、ジンドライブのメカニズムによって、その形質は集団全体に高い頻度で拡散します。考え方としては、通常、例えば遺伝子組換え昆虫を作製した場合、これらの昆虫は通常二倍体であるため、その遺伝子を1コピーだけ持っています。つまり、すべての染色体を2コピーずつ持っているということです。

また、単なる偶然によって野生型と交配した場合、その子の50%にその形質が現れると予想されます。さらに、その子のまた50%にそれが受け継がれます。そのため、時間の経過とともに、その形質は徐々に薄まっていくことになります。

ジンドライブ機構とは、さまざまなメカニズムや戦略を用いることで、50%を超える子世代にその形質を継承させるものです。これにより、形質が希釈されたり同じ頻度で維持されたりするのではなく、時間の経過とともに実際にその頻度が増加します。まず、ジンドライブシステムが必要になります。

研究室の外で実際に運用可能なジンドライブシステムは、今のところ存在しません。非常に制御された研究室環境において、特定の条件下で機能するものはいくつかありますが、天然の野生集団に実際に導入できる段階にあるものはまだありません。そして現在、さまざまなジンドライブ機構が検討されています。

それぞれに利点と欠点があるため、本質的に他よりも優れていると言えるものは特にありません。例えば、Akia Pipiは母系遺伝に依存する必須共生細菌です。これはRickettsiaに近縁であり、少なくとも生態学的な時間スケールにおいて、母から子へのみ排他的に伝播します。

したがって、母親が感染している場合、感染した子孫が生まれますが、オスは感染せず、自然界ではさまざまな異なるメカニズムによって維持されています。これは地球上で最も広く分布している細胞内共生細菌であると思われます。既知の全昆虫の最大75%に存在すると推定されています。

そしてこの細菌は、次世代への伝播を最大化するように宿主の生殖を操作します。この細菌にとってオスは行き止まりの宿主となるため、感染したメスの数を最大化するための働きをします。そのため、ある系では遺伝的なオスを機能的なメスに変えたり、あるいはメスを遺伝的に変化させて交尾を不要にしたりします。

感染した雌の子孫が、さらに感染した雌の子孫を持つという連鎖が起こります。そして蚊において、Akiaは細胞質不適合と呼ばれる現象を引き起こします。

そしてここで、オスは細菌にとってのデッドエンドホストであるため、集団内の未感染のメスの適応度を下げるための「トロイの木馬」として利用されます。つまり、感染したオスが未感染のメスと交配すると、そのメスは不妊になります。一方で、感染したメスは、交配相手が感染しているか未感染であるかにかかわらず、影響を受けません。

したがって、感染した雌は交配による不妊が起こらないため、より多くの offspring を持つことになります。それらの offspring もまた感染しており、さらに多くの offspring を産みます。これにより、この細菌は集団内で急速に広まり、高い頻度に達することが可能になります。

したがって、このAkiaが個体群全体に広がっていく能力を利用して、目的の遺伝子を個体群に導入するというのがこのアイデアです。Akiaが拡散するにつれて、例えばマラリア耐性遺伝子のような目的の遺伝子が、遺伝的ヒッチハイクによって拡散することになります。Akiaは昆虫の間で広く普及しています。

蚊のあらゆる属を確認すると、ほぼすべての属が感染しています。属内のすべての種に感染が見られるわけではありませんが、Anopheles属を除いて、すべての属にいくつかの感染種が存在します。Anopheles属における自然感染は知られていません。

したがって、anis gambierではなく、いかなる異常もありません。そして、これは実際に私の研究グループにとって主要な関心領域です。私たちはAnisへの感染を試みており、少なくともwbaaがanis gambier細胞に感染できることを示すことができました。

したがって、細胞培養を用いています。このin vitro細胞培養システムからin vivoの蚊のシステムへの移行を試みていますが、まだ誰も実際に行ったことはありません。そのため、これは比較的単純な作業です。

標的遺伝子を持たない蚊のケージと、Akiaなどの遺伝子ドライブ機構に組み込まれた標的遺伝子を持つ系統の蚊を用意します。まず、標的遺伝子を持たないナイーブなケージ個体群に、実験個体群の蚊をさまざまな頻度で導入します。その後、個体群を飼育し、世代ごとにランダムにサンプリングを行い、その遺伝子の頻度が時間の経過とともにどのように変化するかを世代を重ねて追跡します。このようにして、特定の世代数まで試験を継続させます。

この操作は、標的遺伝子が予め設定した頻度に達するか、あるいは遺伝子が消失するまで継続して行うことができます。これらは研究室で実施できる非常にシンプルな実験であり、通常通り、世代ごとに蚊を飼育するだけで完了します。

したがって、多くの倫理的な検討事項があります。まず第一に、それが実際に機能するのか、そして現在利用可能な戦略よりも優れたものになるのかを確認する必要があると考えています。多くの人々は、一般的に遺伝子組み換え生物に対して本質的な不信感を抱いています。

そのため、私たちはこの問題に対処できる必要があります。例えば、遺伝子組み換え蚊の導入を希望するA国に放出したとして、その隣に導入を望まないB国があったとしても、蚊が国境を意識することはありません。したがって、もしこれらのジンドライブ機構が想定通りに機能すれば、その遺伝子は拡散し、基本的にその種の分布域全域にわたって蚊がその遺伝子を運ぶことになります。

したがって、こうした政治的、倫理的、社会的、法的な問題には、非常に徹底的に取り組む必要があります。状況を改善させるどころか、かえって悪化させることがないようにしなければなりません。そのため、実際に放出を行う前に、環境内で起きていることすべてを十分に理解しておく必要があります。

繰り返しますが、そこには2つの異なるカテゴリーがあります。一つは深刻ではあるものの、現在取り組んでいる科学的な障害です。そしてもう一つが、社会的、倫理的、および法的な障害です。

そして、時間の経過とともに科学的な課題に対処できるようになると考えています。つまり、蚊に適用可能な、実際に機能するジンドライブ機構はまだ存在しません。ショウジョウバエ（Drosophila）において非常に有望に見えるごく最近の研究はいくつかありますが、それらはまだ蚊へは転用されていません。

しかし、これらは私たちが取り組んでいる事柄であり、ここ10年、15年の間に多くの進展があったと考えています。そして、次の10年でもさらなる進展が見込まれるでしょう。最終的に対処可能な科学的課題はあると考えていますが、そのためには、放出に適した蚊の系統が完成した際に、実際に放出することを人々が許可してくれる必要があります。

そして、そのような障害は、科学的な課題よりもはるかに、はるかに克服することが困難になると私は考えています。それには多くの時間がかかるでしょう。そして最終的には、人々がそれらを受け入れたくないという結果になるかもしれません。

そして実際、その時点でそうなってしまった場合、私たちにできることはあまりありません。ですから、一般的に言えば、かなり多くの資金が集まっています。もちろん、資金があればあるほど良いのですが、米国国立衛生研究所（NIH）や世界保健機関（WHO）、ゲイツ財団などは、媒介生物伝播性疾患に多額の資金を投じています。

特にマラリアとデング熱です。現在利用可能な資金に関しては、かなりの額があると考えています。そのすべてが特定の、例えば遺伝子組み換え蚊だけに投入されるべきではないはずです。

すべてを殺虫剤に投じるべきではありません。むしろ、戦略を多様化し、あらゆる角度からこの問題にアプローチする努力が必要です。しかし、そのための資金提供は存在します。

つまり、現状では誰にとっても資金調達は困難ですが。