CRISPR – روش اصلاح ژن پیشرفته، گامی برای تغییر روش درمان بیماری ها

ویرایش ژنوم (که به آن ویرایش ژن نیز گفته می شود) گروهی از فناوری است که به دانشمندان توانایی تغییر DNA ارگانیسم را می دهد. این فناوری ها باعث می شوند مواد ژنتیکی در مکان های خاصی از ژنوم، اضافه، حذف یا تغییر پیدا کنند. چندین روش برای ویرایش ژنوم توسعه یافته است. یک مورد اخیر به CRISPR-Cas9 معروف است، که مخفف تکرارهای پالیندرومی کوتاه منظم و پروتئین ۹ مرتبط با CRISPR است.

با استفاده از این سیستم ها، محققان می توانند ژن ها را در سلول ها و ارگانیسم های زنده به طور دائم اصلاح کنند و در آینده ممکن است این امکان را برای اصلاح جهش در مکان های دقیق در ژنوم انسان (به منظور درمان علل ژنتیکی بیماری) فراهم آورد. سیستم CRISPR-Cas9 هیجان زیادی در جامعه علمی ایجاد کرده است زیرا سریع تر، ارزان تر، دقیق تر و کارآمدتر از سایر روش های ویرایش ژنوم موجود می باشد.

CRISPR-Cas9 از یک سیستم ویرایش ژنوم که به طور طبیعی در باکتری ها وجود دارد، اقتباس شده است. باکتری ها قطعه DNA را از ویروس های مهاجم جذب می کنند و از آن ها برای ایجاد بخش های DNA، معروف به آرایه های CRISPR استفاده می کنند.

آرایه های CRISPR به باکتری ها اجازه می دهد ویروس ها (یا موارد مرتبط با آن) را به خاطر بسپارند. اگر ویروس ها دوباره حمله کنند، باکتری ها بخش های RNA را از آرایه های CRISPR تولید می کنند تا DNA ویروس ها را هدف قرار دهند. سپس باکتری ها از Cas9 یا آنزیم مشابهی برای جدا کردن DNA استفاده می کنند که ویروس را غیرفعال می کند.

سیستم CRISPR-Cas9 ایجاد شده در آزمایشگاه نیز عملکردی مشابه دارد. محققان یک قطعه کوچک از RNA را با یک دنباله کوتاه “راهنما” ایجاد می کنند که به یک توالی هدف خاص از DNA در یک ژنوم متصل می شود. RNA نیز به آنزیم Cas9 متصل می شود.

نوشته مرتبط: ۱۰ تکنولوژی پزشکی جدید سال ۲۰۱۹

ویرایش ژنوم در پیشگیری و معالجه بیماری های انسانی بسیار مورد توجه قرار گرفته است. در حال حاضر، بیش تر تحقیقات در مورد ویرایش ژنوم برای درک بیماری ها با استفاده از سلول ها و مدل های حیوانات انجام می شود.

دانشمندان هنوز در تلاشند تا تعیین کنند که آیا این رویکرد برای استفاده در افراد بی خطر و مؤثر است یا خیر. این مطالعات در تحقیقات مربوط به طیف گسترده ای از بیماری ها، از جمله اختلالات تک ژن مانند فیبروز کیستیک، هموفیلی و بیماری سلول داسی انجام شده است.

این روش همچنین وعده درمان و پیشگیری از بیماری های پیچیده تر مانند سرطان، بیماری های قلبی، بیماری روانی و عفونت ویروس نقص ایمنی انسان (HIV) می دهد.

با استفاده از فناوری هایی مانند CRISPR-Cas9 برای تغییر ژنوم انسان، نگرانی های اخلاقی در ارتباط با ویرایش ژنوم افزایش می یابد. بیش تر تغییرات ایجاد شده با ویرایش ژنوم، محدود به سلول های سوماتیک است که سلول هایی غیر از سلول های تخم و اسپرم هستند.

این تغییرات فقط روی بعضی از بافت ها تاثیر می گذارند و از نسلی به نسل دیگر منتقل نمی شوند. با این حال، تغییراتی که در ژن های سلول های تخم یا اسپرم (سلول های جرمینال) یا ژن های جنین ایجاد شده است، می تواند به نسل های بعدی منتقل شود.

ابزار CRISPR به سرعت در حال تبدیل شدن به یک روش قدرتمند برای ویرایش ژن های باکتری ها، پستانداران، گیاهان، انسان ها و حتی خزندگان است. اغلب به آن “قیچی ژنتیکی” گفته می شود.

CRISPR به آن مقدار که می تواند مفید باشد، ایده آل و بی نقص نیست. مشکلی که وجود دارد این است که این مولکول ها “همیشه روشن هستند” و ممکن است مشکل ساز شوند. زیرا می توانند به جهش های ناخواسته منجر شوند.

بنابراین محققان در مطالعه جدید، راهنمای شرطی RNA هایی را مهندسی می کنند (cgRNA) که به محض رسیدن به هدف خود، دقیق تر و قدرتمندتر عمل می کنند. cgRNA ها (راهنمای شرطی RNA) می توانند به وجود یا عدم وجود تریگر RNA واکنش نشان دهند، و سپس در پاسخ، فعال یا غیرفعال شوند.

در عمل، این بدان معنی است که CRISPR می تواند تا زمانی که برخی از نشانگرهای زیستی خاص را در یک سلول تشخیص دهد، صبر کند (مثلا آن هایی که نشان دهنده بیماری هستند) و سپس یک ژن را فعال یا خاموش کند تا به درمان آن بیماری کمک کند. از آنجا که سلول های سالم، آن نشانگر زیستی را نخواهند داشت، cgRNA ها در آنجا تحریک نمی شوند و این امر درمان را هدفمند نگه می دارند.

CRISPR ها از کجا آمده اند؟

CRISPR ها برای اولین بار توسط فرانسیسکو موجیکا، دانشمند دانشگاه آلیکانته اسپانیا در آرکی باکترها (و بعدا در باکتری ها) کشف شد. وی پیشنهاد کرد که CRISPR ها بعنوان بخشی از سیستم ایمنی باکتریایی، برای دفاع در برابر ویروس های مهاجم عمل کنند.

این سیستم به عنوان یک حافظه ژنتیکی است که به سلول کمک می کند تا هنگام بازگشت مهاجمان (به نام باکتریوفاژ)، آن ها را شناسایی کرده و از بین ببرد. تئوری موجیکا به طور تجربی در سال ۲۰۰۷ توسط تیمی از دانشمندان به رهبری فیلیپ هوروات اثبات شد.

در ژانویه ۲۰۱۳، آزمایشگاه ژانگ اولین روش را برای مهندسی CRISPR برای ویرایش ژنوم در سلول های موش و انسان منتشر کرد.

CRISPR-Cas9 چگونه با سایر ابزارهای ویرایش ژنوم مقایسه می شود؟

CRISPR-Cas9 ثابت می کند که یک جایگزین کارآمد و قابل تنظیم برای سایر ابزارهای ویرایش ژنوم موجود است. از آنجا که سیستم CRISPR-Cas9 به خودی خود قادر به برش رشته های DNA است، CRISPR ها نیازی به جفت شدن با آنزیم های جداکننده جداگانه (مانند سایر ابزارها) ندارند.

CRISPR-Cas9 همچنین می تواند برای هدف قرار دادن چندین ژن به طور همزمان مورد استفاده قرار گیرد، که این یکی دیگر از مزایایی است که آن را از سایر ابزارهای ویرایش ژن جدا می کند.

ویرایش ژنوم CRISPR به دانشمندان این امکان را می دهد که به سرعت مدل های سلولی و حیوانی را ایجاد کنند، و محققان می توانند از آن ها برای تسریع در تحقیقات در مورد بیماری هایی مانند سرطان و بیماری های روانی استفاده کنند.

برش DNA ترفندی است که پتانسیل تغییر روش درمان بیماری ها را دارد. با اصلاح ژن، بعضی از بزرگترین تهدیدها برای سلامتی ما مثل سرطان و HIV می تواند پس از سال ها از بین بروند. هرچند، هر روش قدرتمندی، مشکلاتی را نیز به همراه خواهد داشت (مثل مشکلات حقوق بشری مرتبط به این تکنولوژی و حق دستکاری ویژگی های انسان). روش CRISPR هنوز یک ابزار نسل اول بوده و توانایی های آن هنوز درک نشده است.

مراجع

مرجع شماره ۱

مرجع شماره ۲