أداة جديدة للتلاعب الجيني
إنها تقنية مرنة للغاية يمكن للباحثين استخدامها لتغيير تعبير الجينات بسهولة من أجل فهم وظيفتهم بشكل أفضل.
ما هو بالضبط كريسبر؟
يرمز CRISPR إلى تكرار متناهي الصغر متداخل المسافات المتداخلة بانتظام - اسم مملة بشكل لا يصدق لتكنولوجيا مثيرة. لماذا الاسم الشاق؟ لأنه عندما تم اكتشافها لأول مرة في أواخر الثمانينيات في البكتيريا ، لم يكن أحد يعرف ما هي الامتدادات القصيرة للحمض النووي المتكرر المفصولة بتسلسلات DNA العشوائية. كانت مجرد ميزة غريبة في الحمض النووي الجيني لبعض البكتيريا.
استغرق الأمر ما يقرب من 20 عامًا حتى توصلت جينيفر دودنا في جامعة كاليفورنيا إلى أن هذه التسلسلات تتطابق مع أجزاء معينة من الحمض النووي الفيروسي الذي يصيب البكتيريا. وكما تبين ، فإن متواليات كريسبر كانت نوعًا من نظام المناعة للبكتيريا.
كيف يعمل؟
وفي النهاية ، عمل دودنا ومساعدها ، إيمانويل شاربينتييه ، على أن البكتيريا التي كانت تحتوي على قطع د ن أ قصيرة مكررة تتوافق مع الحمض النووي الفيروسي ، إذا ما أُصيبت بفيروس ، ستستخدمها في صنع الحمض النووي الريبي المرتبط بحمض الدنا للفيروس الغازي.
بعد ذلك ، تفاعلت قطعة ثانية من الحمض النووي الريبي من الحمض النووي العشوائي الذي فصل تكرارات كريسبر مع بروتين يسمى كاس 9. هذا البروتين من شأنه أن يشق الحمض النووي للفيروس ويعطل الفيروس.
سرعان ما أدرك الباحثون أن بإمكانهم استغلال قدرة كريسبر هذه لتقسيم تسلسلات محددة من الدنا لإسقاط الجينات.
في حين أن هناك تقنيات أخرى ، مثل nucleases إصبع الزنك و TALENS التي يمكن استخدامها لاستهداف وقطع مواقع محددة في الحمض النووي الجيني ، تعتمد هذه النهج على البروتينات الضخمة لاستهداف التناوب على مناطق محددة في الحمض النووي. من الصعب تصميم وتنفيذ التعديل على نطاق واسع مع الكثير من الجينات التي تستخدم هذه الأساليب السابقة.
ما الذي يجعلها مفيدة جدا؟
يعتمد نظام كريسبر فقط على قطعتين قصيرتين من الرنا: واحد يطابق منطقة الحمض النووي المستهدف ، والثاني يرتبط ببروتين يدعى كاس 9. في الواقع ، تبين أنه يمكن دمج كل من قطع الـ RNA القصيرة هذه في جزيء RNA أحادي الوظيفة ثنائي المسار ، والذي يستهدف كلاهما تسلسل DNA محدد ويوظف بروتين Cl9 cleaving. وهذا يعني أن بروتين Cas9 وقطعة واحدة قصيرة من RNA التي يبلغ طولها 85 قاعدة هي كل ما نحتاجه لقطع DNA في أي مكان في الجينوم. من السهل نسبياً تقديم الحمض النووي لإنتاج رنا وحيد الدليل وبروتين Cas9 تقريباً أي خلايا تجعل CRISPR قابلة للتطبيق بشكل عام.
ومع ذلك ، فإن الاستهداف المريح ليس الميزة الوحيدة لتقنية CRISPR على الأصابع الأخرى من TALENS و Zinc. نظام CRISPR هو أيضا أكثر كفاءة من هذه الأساليب البديلة.
على سبيل المثال ، وجدت مجموعة في جامعة هارفارد أن كريسبر قد حذف جينة مستهدفة في 51٪ -79٪ من الحالات ، في حين كانت كفاءة تالنس أقل من 34٪. وبفضل هذه الكفاءة العالية ، تمكنت مجموعة أخرى من استخدام تقنية "كريسبر" للتخلص مباشرة من الجينات في الفئران الجنينية لإنتاج فئران معدلة وراثيا في جيل واحد. يتطلب النهج القياسي بضعة أجيال من التكاثر للحصول على الطفرة في نسختين من الجينات المستهدفة.
ماذا يمكن أن تفعل؟
بالإضافة إلى حذف الجين ، أدركت بعض المجموعات أيضًا أنه باستخدام عدد قليل من البدائل ، يمكن استخدام النظام لأنواع أخرى من التلاعب الجيني. على سبيل المثال ، في بداية عام 2013 ، أظهرت مجموعة من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أنه يمكن استخدام كريسبر لإدخال جينات جديدة في الحمض النووي الجيني. بعد فترة وجيزة ، استخدمت مجموعة في UCSF نسخة معدلة من النظام يطلق عليها اسم CRISPRi لقمع التعبير عن الجينات المستهدفة في البكتيريا.
وفي الآونة الأخيرة ، أقامت مجموعة في جامعة ديوك أيضًا نظامًا مختلفًا لتنشيط مجموعات الجينات. كما تعمل عدة مجموعات الآن مع الاختلافات في هذه الطرق لفحص أعداد كبيرة من الجينات في وقت واحد لمعرفة أي واحد يشارك في الاستجابات البيولوجية المختلفة.
لعبة جديدة لامعة للهندسة الوراثية
بالتأكيد ، هناك إثارة هائلة حول هذه الأداة الجديدة للهندسة الوراثية والاندفاع لتطبيقها على مجموعة متنوعة من التطبيقات. ومع ذلك ، لا تزال هناك بعض التحديات التي يتعين التغلب عليها ، وكما هو الحال في كثير من الأحيان مع التكنولوجيا الجديدة ، يستغرق الأمر بعض الوقت لتحديد المواضع. وقد وجد الباحثون في هارفارد ، على سبيل المثال ، أن استهداف CRISPR قد لا يكون دقيقًا كما كان يعتقد في البداية. يمكن أن تؤدي التأثيرات غير المستهدفة لمجمع كريسبر إلى تغييرات غير مقصودة عند تغيير الدنا.
على الرغم من التحديات ، على الرغم من ذلك ، أظهرت CRISPR بوضوح إمكانات هائلة لتسهيل تغيير الحمض النووي الجيني الذي سيساعد الباحثين بسرعة أكبر على فهم كيفية عمل عشرات الآلاف من الجينات في الجينوم البشري. هذا وحده له آثار هامة لتحسين علاج المرض والتشخيص. علاوة على ذلك ، مع تطور إضافي ، قد تكون التقنية نفسها مفيدة لنوع جديد من العلاجات. قد توفر نهجا جديدا للعلاج الجيني . ومع ذلك ، فإن هذه التطورات هي وسيلة قبالة. في الوقت الحالي ، من المثير أن نشاهد التطور السريع لأداة البحث الجديدة هذه ونفكر في أنواع التجارب التي قد تسمح بها.
(تم النشر في: 30 أيلول (سبتمبر) 2013)