موفقیت ۷۰ درصدی "کریسپر نرم" با یک تک‌بُرش

دانشمندان می‌گویند روش ویرایش ژن ایمن‌تر موسوم به "کریسپر نرم" می‌تواند نرخ موفقیت ۷۰ درصدی را تنها با یک شکاف ساده و بی‌ضرر در یکی از دو رشته‌ی دی‌ان‌ای به همراه داشته باشد.

کد خبر: ۴۶۶۷۸۲

تاریخ: ۱۲ تير ۱۴۰۱ - ۱۱:۱۱

به گزارش ایران اکونومیست و به نقل از آی‌ای، ۱۰ سال پیش در چنین روزهایی، "جنیفر دودنا" و همکارانش نتایج آزمایشی روی ژن‌های باکتریایی را با عنوان «اندونوکلئاز DNA دوگانه قابل برنامه‌ریزی با هدایت RNA در ایمنی باکتریایی سازگار» منتشر کردند که این کشف منجر به نوع جدیدی از ویرایش ژنوم شد که اکنون به عنوان "کریسپر"(CRISPR) شناخته می‌شود.

بدین ترتیب، روش "کریسپر-کس۹"(CRISPR-Cas۹) که مخفف خوشه‌های تکرارشونده کوتاه پالیندرومی با فاصله منظم و پروتئین ۹ مرتبط با کریسپر است، ویرایش سریع ژنوم را امکان‌پذیر می‌کند.

این روش در طول دهه گذشته، چشم انداز بیماری‌های مورد مطالعه را به شدت تغییر داده است. پزشکان از "کریسپر" برای ویرایش ژن‌هایی که موجب بیماری‌های ارثی می‌شوند، استفاده می‌کنند و از زمانی که زیست‌شناسان سرطان متوجه شدند که تغییرات در دی‌ان‌ای موجب سرطان می‌شود، از این روش برای اصلاح این تغییرات با دستکاری دی‌ان‌ای استفاده می‌کنند.

از زمانی که دانشمندان متوجه شدند که تغییرات در دی‌ان‌ای باعث سرطان می‌شود، به دنبال راهی آسان برای اصلاح این تغییرات با دستکاری دی‌ان‌ای افتاده‌اند.

اکنون گروهی از زیست‌شناسان دانشگاه "کالیفرنیا سن دیگو" که شامل "سیتارا روی" محقق فوق دکترا، "آنابل گیچارد" متخصص و پروفسور "اتان بیر" می‌شود، یک رویکرد جدید و ایمن‌تر را با استفاده از ماشین آلات طبیعی ترمیم دی‌ان‌ای توصیف کرده‌اند که ممکن است بتواند نقایص ژنتیکی را در آینده اصلاح کند.

این رویکرد، پایه‌ای برای استراتژی‌های ژن‌درمانی جدید فراهم می‌کند که شامل پتانسیل درمان طیف وسیعی از بیماری‌های ژنتیکی است.

یک تک برش بی‌ضرر

مانند بسیاری از موارد، افرادی که از اختلالات ژنتیکی رنج می‌برند، دارای جهش‌های متمایز در دو نسخه از ژن‌های به ارث رسیده از والدین خود هستند. این می‌تواند به این معنی باشد که یک جهش در یک کروموزوم، یک همتای توالی عملکردی در کروموزوم دیگر خواهد داشت. محققان از ابزارهای ویرایش ژنتیکی "کریسپر" برای بهره‌برداری از این واقعیت استفاده کردند.

"گیچارد" نویسنده ارشد این مطالعه در بیانیه‌ای گفت: نوع سالم می‌تواند توسط ماشین‌های تعمیر سلول برای اصلاح جهش معیوب پس از برش دی‌ان‌ای جهش‌یافته استفاده شود. قابل توجه است که این امر می‌تواند حتی با استفاده از یک برش ساده و بی‌ضرر به‌طور مؤثرتری به دست آید.

محققان روی "مگس میوه" کار کردند. آن‌ها مگس‌های جهش‌یافته‌ای را مهندسی کردند که امکان تجسم چنین «ترمیم الگوی کروموزوم همسان» یا "HTR" را با تولید رنگدانه در چشم‌هایشان فراهم می‌کرد. در ابتدا، این جهش‌یافته‌ها دارای چشم‌های کاملا سفید بودند، اما زمانی که همان مگس‌ها اجزای کریسپر را بیان کردند(یک RNA راهنما به اضافه Cas۹)، لکه‌های قرمز بزرگی روی چشمانشان هویدا شد.

این نشانه‌ی آن بود که ماشین آلات ترمیم دی‌ان‌ای سلول موفق شده بود جهش را با استفاده از دی‌ان‌ای عملکردی کروموزوم دیگر معکوس کند.

هدف قرار دادن یک رشته دی‌ان‌ای با روش جدید

سپس دانشمندان سیستم جدید خود را با انواع "کس۹" موسوم به "نیکاز"(nickases) آزمایش کردند که به جای هر دو رشته دی‌ان‌ای فقط یک رشته را هدف قرار می‌داد.

محققان با کمال تعجب دریافتند که چنین شکاف‌هایی موجب ترمیم سطح بالایی از قرمزی رنگ چشم مگس‌ها و تقریباً همتراز با مگس‌های سالم(غیر جهش‌یافته) می‌شود. در نتیجه نرخ موفقیت اصلاح ۵۰ تا ۷۰ درصدی با "نیکاز" در مقایسه با نرخ موفقیت ۲۰ تا ۳۰ درصدی در برش هر دو رشته‌ای که جهش‌های مکرر ایجاد می‌کند و سایر مکان‌ها را در سرتاسر ژنوم هدف قرار می‌دهد، حاصل شد.

"سیتارا روی" نویسنده ارشد این مطالعه گفت: نمی‌توانستم باور کنم که "نیکاز" چقدر خوب کار می‌کند. این کاملاً غیر قابل پیش‌بینی بود.

"گیچارد" می‌گوید: ما هنوز نمی‌دانیم این فرآیند در سلول‌های انسانی چگونه عمل می‌کند و آیا می‌توانیم آن را روی هر ژنی اعمال کنیم یا خیر. ممکن است برای به دست آوردن HTR کارآمد برای جهش‌های بیماری‌زا که توسط کروموزوم‌های انسانی منتقل می‌شوند، برخی تنظیمات و اصلاحات لازم باشد.

یک سیستم ساده و همه‌کاره

"بیر" می‌گوید: یکی دیگر از مزایای قابل توجه این رویکرد، سادگی آن است. بر خلاف "کس۹" که شکستگی کامل دی‌ان‌ای را ایجاد می‌کند و اغلب با جهش همراه است، این روش به اجزای بسیار کمی متکی است و برش‌های نرم را ممکن می‌کند.

"روی" می‌گوید: اگر تناوب چنین رویدادهایی را بتوان با ترویج جفت‌سازی بین کروموزوم‌های همسان یا با بهینه‌سازی فرآیندهای ترمیم خاص افزایش داد، چنین استراتژی‌هایی را می‌توان برای اصلاح جهش‌های متعدد ایجاد کرد.

وی افزود: تطبیق پذیریِ این سیستم جدید می‌تواند الگویی برای رفع جهش‌های ژنتیکی در پستانداران باشد.

نتایج این مطالعه در مجله Science Advances منتشر شده است.