تقنية كريسبر.. اكتشاف علمي قد يساعد في القضاء على الأمراض المزمنة

تعد CRISPR-Cas9 أداة لتحرير الجينات تخلق ضجة كبيرة في عالم العلوم. إنها أسرع وأرخص وأكثر دقة من التقنيات السابقة لتحرير الحمض النووي ولديها مجموعة واسعة من التطبيقات المحتملة. في المقال التالي تقنية كريسبر.. اكتشاف علمي قد يساعد في القضاء على الأمراض المزمنة

ما هو كريسبر كاس 9 وكيف يعمل.

تقنية CRISPR-Cas9 هي تقنية فريدة تمكن علماء الوراثة والباحثين الطبيين من تحرير أجزاء من الجينات؟ عن طريق إزالة أو إضافة أو تغيير أجزاء من الحمض النووي. إنها حاليًا الطريقة الأبسط والأكثر تنوعًا ودقة للتلاعب الجيني ، وبالتالي فهي تسبب ضجة في عالم العلوم.

كيف يعمل؟

يتكون نظام CRISPR-Cas9 من جزيئين رئيسيين يُدخلان تغييرًا (طفرة) في الحمض النووي. وهم:

1. إنزيم يسمى Cas9.

يعمل هذا كزوج من "المقص الجزيئي" يمكنه قطع شريطين من الحمض النووي في موقع معين في الجينوم بحيث يمكن بعد ذلك إضافة أجزاء من الحمض النووي أو إزالتها.

2. قطعة من الحمض النووي الريبي.

يسمى دليل الحمض النووي الريبي (جرنا). يتكون هذا من قطعة صغيرة من تسلسل الحمض النووي الريبي المصمم مسبقًا (حوالي 20 قاعدة طويلة) تقع داخل سقالة RNA أطول. يرتبط جزء السقالة بالحمض النووي والتسلسل المصمم مسبقًا "يوجه" Cas9 إلى الجزء الأيمن من الجينوم. هذا يضمن أن إنزيم Cas9 يقطع في النقطة الصحيحة في الجينوم.

تم تصميم دليل الحمض النووي الريبي (RNA) لإيجاد وربط تسلسل معين في الحمض النووي. دليل RNA لديه قواعد RNA؟ التي هي مكملة؟ إلى تلك الموجودة في تسلسل الحمض النووي المستهدف في الجين. هذا يعني ، من الناحية النظرية على الأقل ، أن الدليل RNA سيرتبط فقط بالتسلسل المستهدف ولن يرتبط بمناطق أخرى من الجين.

يتبع Cas9 دليل الحمض النووي الريبي (RNA) إلى نفس الموقع في تسلسل الحمض النووي ويقوم بعمل قطع عبر خيوط الحمض النووي.

في هذه المرحلة للخلية؟ يدرك أن الحمض النووي تالف ويحاول إصلاحه.

كيف تم تطويره؟

لديك نظام تعديل جيني مدمج مشابه لنظام CRISPR-Cas9 الذي يستخدمونه للرد على مسببات الأمراض الغازية؟ مثل الفيروسات؟ يشبه ذلك إلى حد كبير جهاز المناعة.

باستخدام تقنية كريسبر ، تقطع البكتيريا أجزاء من الحمض النووي للفيروس وتحتفظ بقليل منها في الخلف لمساعدتها على التعرف على الفيروس والدفاع عنه في المرة القادمة التي يهاجم فيها. حيث قام العلماء بتكييف هذا النظام بحيث يمكن استخدامه في خلايا أخرى من الحيوانات ، بما في ذلك الفئران والبشر.

ما هي التقنيات الأخرى الموجودة لتغيير الجينات؟

على مر السنين تعلم العلماء عن علم الوراثة؟ والجينات من خلال دراسة آثار التغيرات في الحمض النووي. إذا كان بإمكانك إحداث تغيير في الجين ، إما في خط خلوي أو في كائن حي كامل ، فمن الممكن بعد ذلك دراسة تأثير هذا التغيير لفهم وظيفة هذا الجين.

لفترة طويلة ، استخدم علماء الوراثة المواد الكيميائية أو الإشعاع لإحداث طفرات. ومع ذلك ، لم يكن لديهم أي وسيلة للتحكم في مكان حدوث الطفرة في الجينوم. ولعدة سنوات ، استخدم العلماء "استهداف الجينات" لإدخال تغييرات في أماكن معينة في الجين ، عن طريق إزالة أو إضافة جينات كاملة أو قواعد مفردة. حيث كان استهداف الجينات التقليدي ذا قيمة كبيرة لدراسة الجينات وعلم الوراثة ، ومع ذلك ، فإن الأمر يستغرق وقتًا طويلاً لإنشاء طفرة وهو مكلف إلى حد ما.

تم تطوير العديد من تقنيات "تحرير الجينات" مؤخرًا لتحسين طرق استهداف الجينات ، بما في ذلك أنظمة CRISPR-Cas ، ونوكليازات المستجيب الشبيه بمنشط النسخ (TALENs) وأنوية إصبع الزنك (ZFNs).

يبرز نظام CRISPR-Cas9 حاليًا باعتباره النظام الأسرع والأرخص والأكثر موثوقية "لتحرير" الجينات.

ما هي التطبيقات والآثار؟

لدى CRISPR-Cas9 الكثير من الإمكانات كأداة لعلاج مجموعة من الحالات الطبية التي لها مكون وراثي ، بما في ذلك السرطان أو التهاب الكبد B أو حتى ارتفاع الكوليسترول. تتضمن العديد من التطبيقات المقترحة تحرير الجين الجسدي؟ الخلايا (غير التناسلية) ولكن كان هناك الكثير من الاهتمام والجدل حول إمكانية تعديل الخط الجرثومي؟ (الإنجابية) الخلايا. لأن أي تغييرات يتم إجراؤها في خلايا السلالة الجرثومية سوف تنتقل من جيل إلى جيل ، فإن لها آثارًا أخلاقية مهمة.

يعد إجراء تعديل الجينات في خلايا الخط الجرثومي أمرًا غير قانوني حاليًا في معظم البلدان.

على النقيض من ذلك ، فإن استخدام CRISPR-Cas9 وتقنيات تحرير الجينات الأخرى في الخلايا الجسدية لا جدال فيه. في الواقع لقد تم استخدامها بالفعل لعلاج الأمراض التي تصيب الإنسان في عدد صغير من الحالات الاستثنائية و / أو التي تهدد الحياة.

ما هو مستقبل تقنية CRISPR-Cas9؟

من المحتمل أن تمر عدة سنوات قبل استخدام تقنية CRISPR-Cas9 بشكل روتيني في البشر. لا يزال الكثير من الأبحاث تركز على استخدامه في النماذج الحيوانية أو الخلايا البشرية المعزولة ، بهدف استخدام التكنولوجيا في نهاية المطاف لعلاج الأمراض لدى البشر بشكل روتيني. هناك الكثير من التركيز على العمل على التخلص من التأثيرات "غير المستهدفة" ، حيث يقطع نظام CRISPR-Cas9 جينًا مختلفًا عن الجين الذي كان من المفترض تعديله.

في معظم الحالات ، يتكون دليل RNA من تسلسل محدد من 20 قاعدة. هذه مكملة للتسلسل المستهدف في الجين المراد تحريره. ومع ذلك ، لا تحتاج جميع القواعد العشرين إلى مطابقة دليل RNA حتى يتمكن من الارتباط. تكمن المشكلة في ذلك في أن التسلسل الذي يحتوي ، على سبيل المثال ، على 19 من القواعد التكميلية العشرين قد يكون موجودًا في مكان ما مختلف تمامًا في الجين. هذا يعني أن هناك إمكانية لربط الحمض النووي الريبي الإرشادي هناك بدلاً من التسلسل المستهدف أو كما هو الحال عنده. سيقطع إنزيم Cas9 بعد ذلك في الموقع الخطأ وينتهي به الأمر بإحداث طفرة في الموقع الخطأ. في حين أن هذه الطفرة قد لا تهم الفرد على الإطلاق ، إلا أنها قد تؤثر على جين مهم أو جزء مهم آخر من الجين.يحرص العلماء على إيجاد طريقة للتأكد من أن تقنية CRISPR-Cas9 تربط وتقطع بدقة. طريقتان يمكن تحقيق ذلك من خلال:

1. تصميم أفضل

أكثر تحديدًا للـ RNAs الإرشادية باستخدام معرفتنا بتسلسل الحمض النووي للجين والسلوك "غير المستهدف" لإصدارات مختلفة من مجمع Cas9-gRNA.

2. استخدام إنزيم Cas9

الذي سيقطع فقط خيطًا واحدًا من الحمض النووي المستهدف بدلاً من الخيط المزدوج. هذا يعني أن اثنين من إنزيمات Cas9 واثنين من الحمض النووي الريبي التوجيهي يجب أن يكونا في نفس المكان حتى يتم القطع. هذا يقلل من احتمالية إجراء القطع في المكان الخطأ. على التخلص من التأثيرات "غير المستهدفة" ، حيث يقطع نظام CRISPR-Cas9 جينًا مختلفًا عن الجين الذي كان من المفترض تعديله.