كريسبر: أداة جديدة للتلاعب بالجينات

لقد وجد العلماء مؤخرا أداة جديدة ومثيرة يمكنها من خلالها تصميم الحمض النووي. كريسبر نظام لا علاقة له مع الحفاظ على الخضراوات الطازجة في الثلاجة. هو اختصار لأحدث نظام لمعالجة الحمض النووي الجيني في أي حيوان تقريبا. وقد تمكن الباحثون من خروج المغلوب أو القضاء على الجينات، وقمع التعبير الجيني، وما يصل تنظيم الجينات لزيادة التعبير مع التكنولوجيا كريسبر.

إنها تقنية مرنة جدا يمكن للباحثين استخدامها لتغيير تعبير الجينات بسهولة لفهم وظيفتهم بشكل أفضل.

ما هو بالضبط كريسبر؟

كريسبر تقف على متجمد منتظم-إنترسباسد قصير متناوب يتكرر ، اسم مملة بشكل لا يصدق لتكنولوجيا مثيرة. لماذا اسم مملة؟ وذلك لأنه عندما اكتشفت لأول مرة في أواخر الثمانينيات في البكتيريا، لم يكن أحد يعرف ما هي الامتدادات القصيرة من الحمض النووي المتكرر مفصولة تسلسل الحمض النووي العشوائي ل. كانت مجرد بعض ميزة غريبة في الحمض النووي الجيني لبعض البكتيريا.

استغرق الأمر ما يقرب من 20 عاما حتى اكتشفت جينيفر دودنا في جامعة كاليفورنيا أن هذه المتواليات تتطابق مع أجزاء معينة من الحمض النووي الفيروسي الذي أصاب البكتيريا. كما اتضح، تسلسل كريسبر نوع من الجهاز المناعي للبكتيريا.

كيف يعمل كريسبر؟

عملت دودنا وزميلها إيمانويل تشابنتييه في نهاية المطاف على أن تستخدم البكتريا التي كانت مصابة بالفيروسات التي كانت تتكرر هذه الحمض النووي المتكرر التي تطابق الحمض النووي الفيروسي، لجعل الحمض النووي الريبي المرتبط بالحمض النووي للفيروس الغازي .

ثم، قطعة ثانية من الحمض النووي الريبي مصنوعة من الحمض النووي العشوائي الذي يفصل كريسبر يتكرر تفاعل مع بروتين يسمى Cas9. هذا البروتين سوف يلتصق الحمض النووي الفيروسي وإيقاف الفيروس.

أدرك الباحثون بسرعة أنها يمكن أن تستغل هذه القدرة من كريسبر لقطع تسلسل الحمض النووي محددة لضرب الجينات.

في حين أن هناك تقنيات أخرى، مثل نوكليسيس إصبع الزنك وتالنس التي يمكن استخدامها لاستهداف وقطع مواقع محددة في الحمض النووي الجيني، وتعتمد هذه النهج على البروتينات الضخمة لاستهداف التناوب لمناطق محددة في الحمض النووي. ومن الصعب تصميم وتنفيذ تعديل على نطاق واسع مع الكثير من الجينات باستخدام هذه النهج السابقة.

ما الذي يجعل كريسبر مفيدا جدا؟

نظام كريسبر يعتمد فقط على قطعتين قصيرتين من الحمض النووي الريبي: واحد يطابق منطقة الحمض النووي المستهدف، والثانية التي تربط لبروتين يسمى Cas9. في الواقع، على الرغم من ذلك، اتضح أن كل من هذه القطع رنا قصيرة يمكن دمجها في ثنائي وظيفة دليل واحد جزيء الحمض النووي الريبي أن كلا يستهدف تسلسل الحمض النووي محددة ويجند البروتين التشقق Cas9.وهذا يعني أن البروتين Cas9 وقطعة واحدة قصيرة من الحمض النووي الريبي الذي هو 85 قواعد طويلة هو كل ما هو مطلوب لخفض الحمض النووي في أي مكان تقريبا في الجينوم. فمن السهل نسبيا لإدخال الحمض النووي لإنتاج رنا واحد دليل وبروتين Cas9 تقريبا أي خلايا مما يجعل كريسبر تنطبق عموما.

ومع ذلك، فإن الاستهداف المريح ليس الميزة الوحيدة لتكنولوجيا كريسبر على أصابع تالنس وأصابع الزنك الأخرى. نظام كريسبر هو أيضا أكثر كفاءة من هذه النهج البديلة.

على سبيل المثال، وجدت مجموعة في جامعة هارفارد أن كريسبر حذف الجين المستهدف في 51٪ -79٪ من الحالات، في حين كانت كفاءة تالنس أقل من 34٪. وبسبب هذه الكفاءة العالية، تمكنت مجموعة أخرى من استخدام تقنية كريسبر لإخراج الجينات مباشرة في الفئران الجنينية لإنتاج الفئران المعدلة وراثيا في جيل واحد. النهج القياسي يتطلب زوجين من الأجيال من تربية للحصول على الطفرة في كل من نسخ الجينات المستهدفة.

ماذا يمكن أن تفعل كريسبر؟

بالإضافة إلى حذف الجينات، أدركت بعض المجموعات أيضا أنه مع عدد قليل من التناوب، يمكن استخدام النظام لأنواع أخرى من التلاعب الجيني. على سبيل المثال، في بداية عام 2013، أظهرت مجموعة من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أن كريسبر يمكن استخدامها لإدراج جينات جديدة في الحمض النووي الجيني. بعد ذلك بوقت قصير استخدمت مجموعة في أوسف نسخة معدلة من النظام يطلق عليها اسم كريسبري لقمع التعبير عن الجينات المستهدفة في البكتيريا.

وفي الآونة الأخيرة، وضعت مجموعة في جامعة ديوك أيضا تنوعا للنظام لتنشيط مجموعات من الجينات. كما تعمل عدة مجموعات الآن مع الاختلافات في هذه النهج لفحص أعداد كبيرة من الجينات في وقت واحد لمعرفة أي واحد منها تشارك في الاستجابات البيولوجية المختلفة.

لعبة جديدة لامعة الهندسة الوراثية

بالتأكيد هناك إثارة هائلة حول هذه الأداة الجديدة للهندسة الوراثية والاندفاع لتطبيقه لمجموعة متنوعة من التطبيقات. ومع ذلك، لا تزال هناك بعض التحديات التي تحتاج إلى التغلب عليها، وكما هو الحال في كثير من الأحيان مع التكنولوجيا الجديدة، يستغرق بعض الوقت لتحديد أين هي القيود. فقد وجد الباحثون في جامعة هارفارد، على سبيل المثال، أن استهداف كريسبر قد لا يكون دقيقا كما كان يعتقد في البداية. خارج الهدف آثار مجمع كريسبر يمكن أن يؤدي إلى تغييرات غير مقصودة عند تغيير الحمض النووي.

على الرغم من التحديات، على الرغم من أن كريسبر أظهرت بوضوح إمكانات هائلة لتسهيل تغيير الحمض النووي الجيني التي من شأنها أن تساعد الباحثين على فهم أكثر سرعة كيف عشرات الآلاف من الجينات في وظيفة الجينوم البشري. هذا وحده له آثار هامة لتحسين العلاج والتشخيص المرض. وعلاوة على ذلك، مع تطور إضافي، والتكنولوجيا نفسها قد تكون مفيدة لنوع جديد من العلاجات. قد توفر نهجا جديدا للعلاج الجيني. ومع ذلك، فإن هذه التطورات هي وسيلة قبالة. في الوقت الحالي، من المثير للمشاهدة التطور السريع لهذه الأداة البحثية الجديدة والتفكير في أنواع التجارب التي قد تسمح بها.

(تم النشر: 30 سبتمبر، 2013)