遺伝子組み換えウイルス

遺伝子組み換えウイルスは、バイオテクノロジーの手法を使用して変更または生成されたウイルスであり、感染能力が残っています。遺伝子組み換えには、ウイルスゲノムのヌクレオチド塩基の直接挿入、削除、人工合成、または変更が含まれます。遺伝子組み換えウイルスは、主に生物医学、農業、生物防除、または技術の目的で、ウイルスゲノムに外来遺伝子を挿入することによって生成されます。遺伝子組み換えウイルスと遺伝子工学ウイルスという用語は同義語として使用されます。

遺伝子組み換えウイルスは、バイオテクノロジーの手法を用いてウイルスゲノムのヌクレオチド配列を意図的に挿入、削除、人工合成、または変更する遺伝子組み換えによって生成される。ほとんどのdsDNAウイルスは単一の単部分ゲノムを持ち、多くのRNAウイルスは複数の部分ゲノムを持っているが、ウイルスが遺伝子組み換えウイルスと見なされるためには、ウイルスゲノムのすべての部分が遺伝子組み換えされている必要はない。ゲノムの全部または一部（例えば、推定された過去の配列に基づく）の人工遺伝子合成によって生成された感染可能な感染性ウイルスも、遺伝子組み換えウイルスと見なされる場合がある。自然発生的な突然変異、組み換え、または再集合イベントの作用のみによって変化するウイルス（実験環境であっても）は、一般的に遺伝子組み換えウイルスとは見なされない。

ウイルスは一般に、宿主生物に新しい遺伝情報を挿入したり、既存の遺伝物質を変更したりするためのベクターとして使用できるように改変されます。これは、少なくとも 3 つのプロセスで実現できます。

1. ウイルスゲノムの全部または一部を宿主のゲノム（例えば染色体）に統合すること。遺伝子組み換えウイルスゲノム全体が統合されると、遺伝子組み換えプロウイルスと呼ばれます。ウイルス粒子の一部としてパッケージ化されているが、必ずしもウイルス遺伝子を含んでいない DNA または RNA が宿主ゲノムに組み込まれる場合、このプロセスは形質導入として知られています。
2. ウイルスゲノムは宿主細胞内で維持されますが、宿主ゲノムの一部として統合されるわけではありません。
3. ゲノム編集に必要な遺伝子がバイオテクノロジーの手法を用いてウイルスゲノムに導入されている場合、^[1]宿主ゲノムの編集が可能となる。このプロセスでは、ウイルスゲノムを宿主ゲノムに組み込む必要はない。

これら 3 つのプロセスはいずれも相互に排他的ではありません。プロセス 2 のみが発生し、その結果として遺伝子組み換え遺伝子が発現する場合は、一時的発現アプローチと呼ばれることがよくあります。

宿主細胞や組織に感染する能力は、遺伝子組み換えウイルスのあらゆる応用用途において必須の要件です。しかし、ウイルスの伝染能力（宿主個体間の感染の伝達）は、ほとんどの用途では必要ないか、望ましくないと考えられています。提案されている用途のうち、ウイルスの伝染が必要または望ましいと考えられるのはごく少数であり、その一例が伝染性ワクチンです。^{[2] [3]}これは、伝染性がウイルスの拡散を監視、制御、または封じ込める取り組みをかなり複雑にするためです。^[4]

1972年、ウイルスゲノムへの外来配列の挿入に関する最初の報告が発表されました。ポール・バーグがEcoRI制限酵素とDNAリガーゼを使用して、史上初の組み換えDNA分子を作成しました。^{[5]これは、サル}SV40ウイルスのDNAとラムダウイルスのDNAを結合することによって達成されました。しかし、2つのウイルスのどちらも感染または複製可能であることは確立されていませんでした。

1974年、ノリーン・マレーとケネス・マレーによって、複製と感染も可能な遺伝子組み換えウイルスの最初の報告書が出版された。^[6]わずか2か月後の1974年8月、マージョリー・トーマス、ジョン・キャメロン、ロナルド・W・デイビスが同様の成果の報告書を出版のために提出した。^[7]

全体として、これらの実験は、最終的にバイオテクノロジーまたは組み換え DNA法 として知られるようになるものの開発のまさに始まりを表しています。

遺伝子治療^[8]では、遺伝子組み換えウイルスを使用して、ヒト細胞内の疾患を治療できる遺伝子を送達します。これらのウイルスは、DNAまたはRNAの遺伝物質を標的細胞に送達できます。遺伝子治療は、ウイルスを使用して疾患の原因となる変異遺伝子を不活性化することによっても使用されます。^[9]

遺伝子治療に使用されてきたウイルスは、アデノウイルス、レンチウイルス、レトロウイルス、単純ヘルペスウイルスです。^[10]遺伝子送達に最も一般的に使用されるウイルスはアデノウイルスで、最大7.5 kbの外来DNAを運ぶことができ、比較的広範囲の宿主細胞に感染しますが、宿主で免疫応答を誘発し、短期間の発現しか提供しないことが知られています。他の一般的なベクターはアデノ随伴ウイルスで、毒性が低く、より長期間の発現を提供しますが、約4kbのDNAしか運ぶことができません。^[11]単純ヘルペスウイルスは有望なベクターであり、30kbを超える運搬能力があり、長期発現を提供しますが、他のベクターよりも遺伝子送達の効率は低くなります。^[12]遺伝子を宿主ゲノムに長期的に統合するための最良のベクターはレトロウイルスですが、ランダムに統合される傾向があることが問題です。レンチウイルスはレトロウイルスと同じファミリーに属し、分裂細胞と非分裂細胞の両方に感染できるという利点があるが、レトロウイルスは分裂細胞のみを標的とする。ベクターとして使用されている他のウイルスには、アルファウイルス、フラビウイルス、麻疹ウイルス、ラブドウイルス、ニューカッスル病ウイルス、ポックスウイルス、ピコルナウイルスなどがある。^[11]

主にまだ試験段階ではありますが、^[13]いくつかの成功を収めています。アデノシンデアミナーゼ欠損症（ADA-SCID）に起因する重症複合免疫不全症^{[14] [15]}などの遺伝性遺伝子疾患の治療に使用されていますが、一部のADA-SCID患者の白血病の発症^{[11]と別の試験での}ジェシー・ゲルシンガーの死亡により、このアプローチの開発は長年にわたって遅れていました。^{[16] 2009年には、}レーバー先天性黒内障の8歳の男児が正常な視力を取り戻すという別の画期的な進歩が達成され、 ^[16] 2016年にグラクソ・スミスクラインがADA-SCIDの遺伝子治療の商業化の承認を取得しました。^[15] 2018年現在、血友病、神経膠芽腫、慢性肉芽腫症、嚢胞性線維症、さまざまな癌の治療を含む、相当数の臨床試験が進行中です。^[11]いくつかの成功はあるものの、遺伝子治療は依然としてリスクのある技術と考えられており、安全性と有効性を確保するための研究がまだ行われています。^[9]

遺伝子組み換えウイルスのもう一つの潜在的な用途は、ウイルスを改変して病気を直接治療できるようにすることである。これは、防御タンパク質の発現を介して、または感染細胞を直接標的とすることによって行うことができる。2004年、研究者らは、癌細胞の利己的な行動を利用する遺伝子組み換えウイルスが、腫瘍を殺す別の方法を提供する可能性があると報告した。^{[17] [18]}それ以来、数人の研究者が遺伝子組み換え腫瘍溶解性ウイルスを開発しており、これはさまざまな種類の癌の治療薬として有望である。^{[19] [20] [21] [22] [23]}

ほとんどのワクチンは、何らかの方法で弱毒化、無効化、弱体化、または殺傷されたウイルスで構成されており、その毒性はもはや効果的ではありません。遺伝子工学は、理論的には毒性遺伝子を除去したウイルスを作成するために使用できます。2001年には、アデノウイルスなどの安全性が証明されたワクチンウイルスを使用し、そのゲノムを改変して免疫システムの反応を刺激し、ウイルスと戦えるようにする免疫原性タンパク質をコードする遺伝子を持たせることで、遺伝子組み換え^ウイルスがエイズ、ヘルペス、デング熱、ウイルス性肝炎などの疾患に対するワクチンの開発に使用できる可能性があることが報告されました。遺伝子組み換えウイルスは感染性が低下しておらず、自然な免疫反応を引き起こし、他のワクチンで発生する可能性のある毒性機能を回復する可能性はありません。そのため、非標的感染、潜在的な副作用、および他のウイルスへの水平遺伝子伝播に対する懸念は残りますが、遺伝子組み換えウイルスは一般に従来のワクチンよりも安全で効率的であると考えられています。^{[25]もう一つのアプローチは、ベクターを使用して、}エイズ、マラリア、結核など、ワクチンが存在しない、またはワクチンが効果的に機能しない病気に対する新しいワクチンを作成することです。ベクターベースのワクチンはすでに承認されており、さらに多くのワクチンが開発されています。^[26]

2012年、米国の研究者らは、遺伝子組み換えウイルスを豚の心臓に注入したと報告した。このウイルスは、心拍を可能にするTbx18と呼ばれる遺伝子を心筋に挿入した。研究者らは、この技術が、電子ペースメーカーを必要とする人間の心拍を回復するのにいつの日か使用されるようになると予測している。^{[27] [28]}

スペインとポルトガルでは、ミクソマチスやウサギ出血性疾患などの病気により、2005年までにウサギの数が50年間で95％も減少しました。これにより、絶滅が深刻に危惧されているイベリアオオヤマネコなどの捕食動物も減少しました。 ^{[29] [30]} 2000年にスペインの研究者は、野生のウサギをミクソマチスやウサギ出血性疾患から守った可能性のある遺伝子組み換えウイルスを調査しました。^[31]しかし、そのようなウイルスがオーストラリアなどの地域の野生個体群に侵入し、個体数が急増するのではないかと懸念されていました。^{[29] [4]}オーストラリアのウサギは害獣とみなされており、土地所有者は法律でウサギを駆除する義務があります。^[32]

免疫避妊によって対象動物を不妊にする遺伝子組み換えウイルスが作られている^[33]。また、動物の発育段階を標的とするウイルスも作られている^{[34] 。ウイルスの封じ込め[33]}と異種感染^[35]に対する懸念がある。

2009年以来、ホウレンソウのディフェンシンタンパク質を発現する遺伝子組み換えウイルスがフロリダ州（米国）で実地試験されている。^[36]オレンジの木へのウイルス感染は、2005年以来フロリダ州のオレンジ生産を70％減少させた柑橘類グリーニング病と戦うことを目的としている^。[37]実験使用許可を513,500エーカーの地域に拡大するための許可申請は、2017年2月13日（USDA 17-044-101r）以来保留中であり、これはUSDAバイオテクノロジー規制サービスによって発行されたこの種の許可としては史上最大となる。

2016年に米国国防総省の機関であるDARPAは、昆虫を使って環境に拡散させるアプローチで遺伝子組み換え植物ウイルスを開発するための契約入札を発表しました。^{[38] [39]}作業計画では次のように述べられています。

「植物ウイルスは遺伝子編集回路の運搬体として大きな可能性を秘めており、昆虫を介した送達プラットフォームの自然なパートナーである。」 ^[38]

このプログラムの目的は、農業による食糧供給と商品作物を保護することで食糧の安定​​を確保することです。

「昆虫ベクターが持つ、宿主植物特異性の高いウイルスを運ぶ自然な能力を活用し、この能力と遺伝子編集の進歩を組み合わせることで、産業インフラを必要とせずに、広大な地域で成熟した植物を急速に強化することが可能になる。」 ^[38]

その名前にもかかわらず、「インセクト・アライズ」プログラムは、基本的にすでに植えられた畑で作物の遺伝子編集を行うウイルスを開発する、ウイルスプログラムである。^{[40] [41] [42] [43]作業計画やその他の公開文書に記載されている遺伝子組み換えウイルスは、後に}HEGAA （水平環境遺伝子改変因子）と呼ばれる遺伝子組み換えウイルスの一種である。インセクト・アライズプログラムは、3つのコンソーシアムによって契約が締結され、2017年から2021年まで実行される予定である。遺伝子組み換えウイルスを環境に放出する計画はなく、完全な昆虫分散システムのテストは温室で行われている（バイオセーフティレベル3の施設が言及されている）。^[44]

このプログラムとそれが生成するデータが生物兵器管理と農業共存にどのような影響を与えるかについては懸念が表明されているが^{[45] [46] [47]}、その目的を支持する声もある。^[48]

2009年、MITの科学者たちは、より環境に優しいリチウムイオン電池の製造に使われる遺伝子組み換えウイルスを作成した。^{[49] [50] [51]この電池は、E4}バクテリオファージやM13バクテリオファージなどのさまざまなウイルスを遺伝子組み換えして作られ、カソードとして使われている。これは、タンパク質コートをコードするウイルスの遺伝子を編集することによって行われた。タンパク質コートは、導電性の高いカーボンナノチューブに付着できるように、リン酸鉄で自身を覆うように編集されている。多機能タンパク質コートを持つように改変されたウイルスは、陽イオンと相互作用するナノ構造のカソードとして使うことができる。これにより、ウイルスを小型電池として使うことができる。このプロジェクトでMITの研究チームを率いた科学者アンジェラ・ブレッチャー氏は、この電池は充電式電池として、ハイブリッド電気自動車やさまざまな個人用電子機器に電力を供給するのに十分なほど強力だと述べている。^[52] E4ウイルスとM13ウイルスはどちらも細菌宿主に感染して複製することができますが、バッテリーの一部になった後もこの能力を保持するかどうかは不明です。

国立衛生研究所は、2015年1月に特定の機能獲得ウイルス研究への研究資金提供の一時停止を宣言した。 ^{[53] [54]} 2017年1月、米国政府は、強化された潜在的パンデミック病原体（PPP）の作成、転送、または使用が予想される研究のレビューと監督に関する最終的な政策ガイダンスを発表した。 ^[55]バイオセーフティラボから改変ウイルスが漏洩する可能性と、デュアルユース技術、デュアルユース研究（DURC）の有用性に関する疑問が、NIHの資金提供ポリシーの改訂を促した。^{[56] [57] [58]}

ある科学者は、ファイザー社で働いていたときに遺伝子組み換えウイルスに感染したと主張している。連邦訴訟で彼女は、ファイザー社が設計したウイルスによって断続的に麻痺を起こしたと述べている。「ディープ リバーのマクレインは、2002 年か 2003 年に、ファイザー社の元同僚の仕事を通じて、後天性免疫不全症候群 (エイズ) を引き起こすウイルスに似た、遺伝子組み換え型のレンチウイルスに偶然さらされたと疑っている。」 ^[59]裁判所は、マクレインが自分の病気がレンチウイルスにさらされたことによるものであることを証明できなかったと認定したが、^{[60]ファイザー社は}内部告発者保護法に違反したとも認定した。 ^[61]