روش جدیدی که هم‌زمان چندین جهش ژنتیکی را اصلاح می‌کند

کد خبر: ۸۲۸۰۷۳

تاریخ: ۲۰ آبان ۱۴۰۴ - ۱۲:۱۹

به گزارش ایران اکونومیست؛ یک روش جدید ویرایش ژن، اصلاح هم‌زمان چندین جهش ژنتیکی را امکان‌پذیر می‌کند و درمان بیماری‌های ژنتیکی پیچیده را نوید می‌دهد.

عکس سه‌بعدی از سلول‌های ویروس و رشته DNA که با یک روش جدید ویرایش ژن شرکت فناوری اسپانیایی «فریپیک»(freepik) گرفته شده است، توانایی این روش را به نمایش می‌گذارد.

این روش جدید، اصلاح هم‌زمان چندین جهش ژنتیکی را امکان‌پذیر می‌کند و چشم‌انداز میلیون‌ها نفر را که با بیماری‌های ژنتیکی پیچیده مانند فیبروز سیستیک و تای-ساکس زندگی می‌کنند، متحول می‌سازد.

رترون‌های باکتریایی که سیستم ترمیم DNA طبیعی هستند، برای اولین بار به منظور تعویض کل بخش‌های معیوب DNA در سلول‌های زنده سازگار شده‌اند. این روش، محدودیت‌های پرهزینه درمان‌های سنتی ویرایش ژن که فقط یک یا دو جهش را به طور هم‌زمان هدف قرار می‌دهند، دور می‌زند. همچنین، امید جدیدی را برای درمان‌ افرادی فراهم می‌کند که پیشتر هیچ گزینه درمانی مناسبی نداشتند و به دلیل بیماری‌های ژنتیکی‌شان که شامل تغییرات بسیار زیادی بود و فناوری‌های موجود نمی‌توانستند به آنها بپردازند، از درمان بازمانده بودند.

نه فقط پیش‌بینی، بلکه مداخله معنادار را برای بیماری‌های ژنتیکی تصور کنید. این چشم‌انداز با ورود فناوری ویرایش ژن الهام‌گرفته از باکتری‌ها به واقعیت نزدیک‌تر می‌شود. یک مداخله واحد با ویرایش مبتنی بر رترون می‌تواند جهش‌های متعددی را در یک مرحله اصلاح کند. این روش می‌تواند آغازگر دوران جدیدی باشد که در آن پزشکی دقیق سرانجام می‌تواند به نیازمندترین افراد برسد.

ویرایش ژن نوعی فناوری‌ای است که امکان تغییر، اصلاح یا غیرفعال کردن مستقیم بخش‌هایی از کد ژنتیکی یک موجود زنده را در سلول‌های زنده آن فراهم می‌کند. این فرآیند می‌تواند صفات ارثی را به طرز چشمگیری تغییر دهد و حتی از بیماری‌ها جلوگیری یا آنها را درمان کند. DNA مانند یک دفترچه راهنمای جامع برای ساختار و عملکرد بدن شماست. اگر یک صفحه حاوی اشتباه چاپی یا خطا باشد، ویرایش ژن راهی را برای رفع اشتباه یا پاک کردن آن ارائه می‌دهد. بدین ترتیب، علت اصلی بیماری‌های ژنتیکی شدید را از بین می‌برد.

روش ویرایش ژن «کریسپر»(CRISPR) امروزه به دلیل دقت، کارآیی و سازگاری‌اش، پرکاربردترین روش ویرایش ژن است. این روش از یک راهنمای آران‌ای برای هدایت آنزیم Cas9 به یک مکان خاص در DNA استفاده می‌کند. در آنجا، Cas9 یک برش هدفمند را ایجاد می‌کند و مکانیسم‌های ترمیم طبیعی سلول را فعال می‌سازد. از آنجا می‌توان به سلول دستور داد تا بخش‌هایی را حذف کند یا یک الگوی DNA را برای اصلاح خطاهای ژنتیکی ارائه دهد. این روش، امکان اصلاح دقیق و کارآمد ژن را فراهم می‌کند و از روش‌های ژن‌درمانی پیشین که خطرات بیشتر و کنترل کمتری داشتند، پیشی می‌گیرد.

درمان‌های مبتنی بر کریسپر برای اصلاح جهش‌های تک‌نقطه‌ای یا حذف بخش‌های کوتاه ژن مؤثر هستند. با وجود این، بسیاری از بیماری‌های ژنتیکی مانند فیبروز سیستیک، بیماری هانتینگتون و برخی از دیستروفی‌های عضلانی، جهش‌های متعدد یا گسترده را در یک ژن یا ناحیه ژنومی شامل می‌شوند. ویرایش این مناطق بزرگتر و پیچیده با روش کریسپر همچنان ناکارآمد است. دلیل این مشکل، دشواری در جایگزینی قطعات طولانی DNA است. این چالش‌ها، کاربرد ویرایش ژن را برای چنین شرایطی محدود کرده‌اند.

چگونه باکتری‌ها به ویرایش ژن قدرت می‌بخشند؟

بسیاری از پیشرفت‌های صورت‌گرفته در ویرایش ژن، در نبرد باستانی بین باکتری‌ها و ویروس‌هایی ریشه دارند که به آنها حمله می‌کنند. باکتری‌هایی مانند «اشریشیا کلی»(E. coli)، سیستم‌های پیچیده‌ای را برای دفاع از خود تکامل داده‌اند و رترون‌ها یکی از نمونه‌های این تکامل طبیعی هستند.

رترون‌ها خوشه‌هایی از ژن‌های باکتریایی هستند که مانند جعبه ابزار مولکولی عمل می‌کنند. هر رترون شامل دستورالعمل‌هایی برای تولید یک آنزیم ویژه به نام «ترنسکریپتاز معکوس»(Reverse transcriptase) است که بخش منحصربه‌فردی از آران‌ای غیرکدکننده به شمار می‌رود.

رترون‌ها در نقش اصلی خود، از باکتری‌ها در برابر مهاجمان ویروسی موسوم به باکتریوفاژها محافظت می‌کنند. هنگامی که یک ویروس یک باکتری را آلوده می‌کند، رترون از آران‌ای غیرکدکننده به عنوان قالبی برای ساخت قطعات کوتاه DNA در سلول استفاده می‌کند. این قطعات می‌توانند یک برنامه خودتخریبی را آغاز کنند و باعث شوند  که سلول آلوده به سرعت از بین برود. این تاکتیک، باکتری‌های منفرد را قربانی می‌کند تا از گسترش ویروس جلوگیری شود.

رترون‌ها بسیار سازگار هستند. توالی‌های آنها قابل تعویض هستند و به پروتئین‌های گوناگونی متصل می‌شوند که دقیقاً نحوه پاسخ سلول را نسبت به عفونت تعیین می‌کنند. پیشرفت‌های اخیر نشان می‌دهند که رترون‌ها را می‌توان به عنوان کارخانه‌های سفارشی‌سازی‌شده DNA برای ویرایش ژن انسان تغییر کاربری داد.

پژوهش‌ جدید و نتایج آن نشان می‌دهند که اکنون می‌توان رترون‌ها را برای تولید توالی‌های سفارشی‌سازی‌شده DNA در سلول‌های زنده برنامه‌ریزی کرد. این بدان معناست که دیگر نیازی به وارد کردن اجباری DNA بیرونی به سلول نیست که اغلب یک تنگنای بزرگ را در روش سنتی ویرایش ژن ایجاد می‌کند. وارد کردن DNA از بیرون مانند فرستادن یک بسته ظریف از میان طوفان است. در این موارد، بسته سالم به مقصد نمی‌رسد یا اصلاً نمی‌رسد. رترون‌ها با ایجاد الگوها در سلول، احتمال اصلاح داخلی و پایدار ماندن آن را افزایش می‌دهند. بدین ترتیب، خود سلول DNA مورد نیاز را برای ترمیم یا ویرایش مواد ژنتیکی خود می‌سازد و این کار را دقیقاً در مکان و زمان مورد نیاز انجام می‌دهد.

پژوهش جدید نشان داده است که می‌توان رترون‌ها را برای ایجاد کارآمد الگوهای سفارشی DNA در سلول‌ها مهندسی مجدد کرد. این ترمیم هدفمند DNA، امکان جایگزینی هم‌زمان بخش‌های طولانی از کد ژنتیکی معیوب را فراهم می‌کند، نه فقط تغییرات جزئی. این یک نکته کلیدی برای درمان بسیاری از بیماری‌های ژنتیکی است که در آنها مشکلات به یک جهش واحد محدود نیستند، بلکه در ناحیه بزرگتری از DNA پراکنده می‌شوند.