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ノックアウト

特定の遺伝子機能を不活化する「ノックアウト（KO）」は、遺伝子機能の解析や疾患モデルの作製などに広く利用されている基本的なゲノム編集手法です。本記事では、ノックアウトの仕組みや主な用途、作製手法に加え、ゲノム編集受託サービスを利用する際のポイントについて解説します。

刑部祐里子Yuriko Osakabe

東京科学大学生命理工学院教授
生命理工学系生命理工学コース
所属学会：日本分子生物学会、日本農芸化学会、日本ゲノム編集学会、日本植物生理学会、日本植物学会、日本植物バイオテクノロジー学会

研究室サイトhttps://search.star.titech.ac.jp/titech-ss/pursuer.act?event=outside&key_rid=B000256365&lang=jp

様々な生物におけるゲノム編集技術の応用を目指した基礎研究をテーマに、特に、新規ゲノム編集技術の基盤開発研究を行っています。ゲノム編集技術の医療応用や植物分野の応用技術開発を進めています。

ノックアウトとは？

ノックアウトは、標的とする遺伝子の機能を不活化するゲノム編集手法です。CRISPR/Cas9などを用いて標的配列を切断すると、その修復過程で塩基の挿入・欠失（indel）が生じることがあります。これによりフレームシフト変異が起こり、機能を持つタンパク質が産生されなくなることで、遺伝子機能を不活化します。

片方のアレルのみを不活化するヘテロ接合ノックアウトと、両方を不活化するホモ接合ノックアウトがあり、研究目的や実験系に応じて使い分けられています。

ノックアウトの
主な目的・用途

遺伝子機能の解析：遺伝子を欠失させた細胞・動物モデルの表現型を解析し、遺伝子の生理機能を明らかにする
疾患モデルの作製：遺伝子欠損が関与する疾患を再現し、病態解明や治療法の研究に活用する
薬効・安全性評価：標的遺伝子をノックアウトした細胞・動物モデルを用いて、薬効や安全性を評価する
創薬標的の検証：候補遺伝子をノックアウトし、疾患進行や細胞機能への影響を評価する

なお、特定の組織やタイミングに限って遺伝子機能を不活化する「条件付きノックアウト（コンディショナルKO）」という手法もあります。全身性ノックアウトでは致死となる必須遺伝子の機能解析や、組織特異的な遺伝子機能の解析に広く利用されています。

ノックアウトの
主な作製手法

CRISPR/Cas9：ガイドRNA（gRNA）で標的配列を指定し、Cas9ヌクレアーゼによってDNA二重鎖を切断する手法です。設計の容易さと編集効率の高さから、広く利用されています。
TALEN・ZFN：CRISPR/Cas9の普及以前から用いられてきた技術です。標的によっては高い特異性を示す場合があり、用途に応じて現在も利用されています。

いずれの手法もDNA二重鎖切断（DSB）を起点とし、細胞の非相同末端結合（NHEJ）による修復過程で生じる挿入・欠失（indel）を利用して、遺伝子機能を不活化します。

ゲノム編集受託サービス会社のノックアウト事例

ノックアウトの活用イメージをより具体的に掴めるよう、ゲノム編集受託サービス会社が公開している事例を紹介します。

GenAhead Bio

引用元：GenAhead Bio公式HP（https://jp.genaheadbio.co.jp/genome-editing/）

GenAhead Bio社の「シンプルKO」は、CRISPR/Cas9の高い編集効率とガイドRNAの適切な選定により、ターゲット遺伝子へ効率的に変異を導入したKO株を作製するサービスです。遺伝子機能解析のPoC（コンセプト）検証に用いられる手法で、同社は190件以上のゲノム編集受託実績（2026年7月調査時点）と、150以上のクローン単離データに基づく独自の早期判定技術（CRISPR-SNIPER法）により、精度の高いGo/No Go判定を提供しています。

参照元：GenAhead Bio公式（https://jp.genaheadbio.co.jp/genome-editing/）

参照元：リプロセル公式（https://reprocell.co.jp/sniper-190416/）

セツロテック

引用元：セツロテック公式HP（https://www.setsurotech.com/media/case_221018/）

セツロテックの公式サイトでは、昭和薬科大学の研究者が硫化水素産生酵素「MPST」の生理機能を調べる目的で、ノックアウトマウスの作製を依頼した事例が紹介されています。2017年12月の依頼から翌年3月にエキソン欠損F0マウス4匹を納品し、解析結果を含む論文が2020年に国際学術誌へ掲載されています。

参照元：セツロテック公式HP（https://www.setsurotech.com/media/case_221018/）

タカラバイオ

引用元：タカラバイオ公式HP（https://catalog.takara-bio.co.jp/com/tech_info_detail.php?mode=3&masterid=M100007395&unitid=U100007790）

タカラバイオの公式サイトでは、磁気ビーズ選択を利用したノックアウト細胞株の作製実施例が公開されています。ゲノム編集後のプール細胞を磁気ビーズで選択（濃縮）することで、ノックアウト細胞の割合を大幅に高められることが示されています。293T細胞では、磁気ビーズ選択前に14.6％だったCD81陰性細胞率が、選択後には98.3％まで向上したことが報告されています。

参照元：タカラバイオ公式HP（https://catalog.takara-bio.co.jp/com/tech_info_detail.php?mode=3&masterid=M100007395&unitid=U100007790）

外部委託する際の注意点

社内にゲノム編集の専門設備・人材がない場合、外部の受託会社に依頼するケースは少なくありません。依頼先を検討する際は、以下の点を確認することをおすすめします。

ノックアウトの確認方法：シーケンス解析やウェスタンブロットなどによる確認体制
オフターゲット効果の検証体制：標的外領域への変異を評価する解析体制
対応可能な細胞種・生物種：iPS細胞、培養細胞株、マウス・ラットなどへの対応可否
納期とコミュニケーション体制：プロジェクトの進捗共有やフィードバック体制

ホモ接合ノックアウトの成功率は遺伝子や細胞種によって異なるため、事前に対応実績を確認しておくと、研究計画とのミスマッチを防ぎやすくなります。

まとめ

ノックアウトは、遺伝子機能の解析から疾患モデルの作製、創薬標的の検証まで幅広く利用されているゲノム編集手法です。標的遺伝子や細胞種によって最適な作製方法や編集条件は異なるため、受託会社を選定する際は、対応実績や検証体制、対応可能な細胞種などを比較し、研究目的に適したサービスを選ぶことが重要です。

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ゲノム編集受託サービス会社3選

監修者からのコメント

刑部祐里子Yuriko Osakabe

東京科学大学生命理工学院教授
生命理工学系生命理工学コース
所属学会：日本分子生物学会、日本農芸化学会、日本ゲノム編集学会、日本植物生理学会、日本植物学会、日本植物バイオテクノロジー学会

研究室サイトhttps://search.star.titech.ac.jp/titech-ss/pursuer.act?event=outside&key_rid=B000256365&lang=jp

ノックアウトはシンプルに見えて、遺伝子や細胞種によって成功率や確認方法が大きく異なる技術です。特にホモ接合ノックアウトの取得やオフターゲット効果の検証には、専門的な知見と実績が欠かせません。外部委託を検討する際は、技術的な裏付けと検証体制をしっかり確認したうえで、目的に合った受託会社を選んでいただきたいと思います。

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