توسعت مجموعة أدوات تحرير الجينات هذا الأسبوع، حيث أعلنت مجموعتان من الباحثين عن تقنيات تمكن الباحثين من إجراء تعديلات مستهدفة على الحمض النووي (DNA) والحمض النووي الريبوزي (RNA). بدلاً من نظام تحرير الجينات CRISPR الأصلي – وهو نوع نسبياً غير متوقع وغير دقيق من المقصات الجزيئية التي تقطع أجزاء كبيرة من الحمض النووي – تقوم الأنظمة الجديدة بإعادة كتابة الحروف الفردية أو القواعد الوراثية. القدرة على تعديل القواعد الفردية تعني أن الباحثين يمكنهم الآن محاولة تصحيح أكثر من نصف أمراض الجينات البشرية.
توسيع أدوات التحرير الدقيق للقواعد الفردية
تم تطوير هذه الأدوات من قبل فرق منفصلة في معهد برود للتكنولوجيا وجامعة هارفارد في كامبريدج، ماساتشوستس. بينما كانت معظم المحاولات السابقة لاستخدام طرق مبنية على CRISPR لإصلاح القواعد الفردية أمورًا خشنة – تشبه استخدام سكين غير حادة لإزالة ثؤلول – فإن التقنيات الجديدة تشبه أكثر “جراحة كيميائية دقيقة”، وفقًا لـ David Liu، عالم كيمياء حيوية في معهد برود الذي قاد إحدى الدراسات.
تحرير القواعد الفردية في الحمض النووي
في العام الماضي، أبلغ فريقه عن أول طريقة “تحرير القواعد الأساسية” لتحويل حرف الحمض النووي المستهدف إلى حرف آخر دون الحاجة إلى تقسيم الهيليكس المزدوج للحمض النووي. وقد تم استخدامها حول العالم لتصحيح الجينات في الفطريات والنباتات والأسماك والفئران، وحتى في الأجنة البشرية التي تحمل جينًا معيبًا يمكن أن يسبب اضطرابًا في الدم. ومع ذلك، يمكن لهذا المحرر الأساسي تحقيق نوعين فقط من التحويلات الكيميائية: تحويل السيتوزين (C) إلى الثيمين (T) أو الجوانين (G) إلى الأدينين (A).
تحرير القواعد الفردية في الحمض النووي الريبوزي
تقوم طريقة أخرى، وصفت في دراسة نشرت في 25 أكتوبر في مجلة Science وقادها المهندس الحيوي Feng Zhang من معهد برود، بتحويل الأدينين (A) إلى الإينوسين (I)، الذي يتم قراءته كـ جين (G) بواسطة آلية بناء البروتين في الخلية. وهذا يسمح بتصحيح مؤقت للطفرة التي تسبب المرض دون تغيير دائم في الجينوم – وهو خيار أكثر أمانًا عندما يتعلق الأمر بعلاج الجينات، على الرغم من أنه سيتعين إعطاء العلاج مرارًا وتكرارًا. كما سيعني أن الباحثين يمكنهم تعديل العلاج مع اكتسابهم فهمًا أفضل للمرض. “إذا استخدمت العلاج بالرنا”، يقول Zhang، “يمكنك الترقية”.
تعتمد محرر الرنا الخاص بفريقه على إنزيم يحدث بشكل طبيعي يعيد ترتيب الذرات في الأدينين لتشبه الإينوسين. ثم قام الباحثون بدمج الإنزيم مع نسخة معطلة من نظام CRISPR – تشمل إنزيمًا مستهدفًا للرنا يسمى Cas13 بدلاً من Cas9 الذي يرتبط بالحمض النووي. بمساعدة جزيء RNA موجه بتسلسل محدد، نجحوا في تصحيح الطفرات التي تسبب المرض بنسبة 23-35٪، مع حدوث حوادث منخفضة للأنشطة غير المستهدفة.
تحرير القواعد الفردية في الحمض النووي
في طريقة تحرير القواعد الأساسية التي طورها فريق Liu في العام الماضي، قام الباحثون بتطوير إنزيم يحدث بشكل طبيعي وربطه بـ Cas9 غير الفعال، مما سمح لهم بتحويل السيتوزين إلى الثيمين. ولكن لا يوجد إنزيم مكافئ موجود في الطبيعة للتحويل العكسي في الحمض النووي. لذلك بدأ الباحثون بإنزيم تحرير الرنا مشابه لتلك التي استخدمتها مجموعة Zhang. قام الفريق بتوجيه تطور الخلايا البكتيرية عبر سبعة أجيال، واستخدم بعض الهندسة البروتينية في المختبر لإنتاج إنزيم يمكنه التعرف على الحمض النووي وتلاعبه. وكان الإنزيم قادرًا على إعادة ترتيب الذرات في الأدينين لتحويلها إلى إينوسين، الذي تقرأه الخلية كجين. ثم خدع النظام الخلية لإدخال سيتوزين في سلسلة الحمض النووي غير المعدلة.
تحرير القواعد الفردية – خطوة جريئة
تمثل هذه الطريقة جهدًا بطوليًا، وفقًا لـ Dana Carroll، باحث في هندسة الجينوم في جامعة يوتا في سولت ليك سيتي، حيث لاحظ أن النهج الذي يعتمد على التطور الموجه كان شيئًا من الظلام. “لم أكن لأجرؤ على محاولة ما فعلوه”، يقول Carroll. “أنا أحترم David Liu”.
قد تكون القدرة على إجراء أربعة أنواع من التحويلات الفردية للقواعد – من A إلى G، ومن G إلى A، ومن C إلى T، ومن T إلى C – “سوف تكون قيمة للغاية في التحرير العلاجي والزراعي الدقيق”، وفقًا لـ Caixia Gao، عالم وراثة النبات في معهد الجينات وعلم الأحياء التطوري في الأكاديمية الصينية للعلوم في بكين. قد يكون أيضًا مفيدًا في اكتشاف الأدوية وتخزين البيانات المستندة إلى الحمض النووي، وفقًا لـ Marcello Maresca، باحث في تحرير الجينات في شركة AstraZeneca في جوتنبرغ، السويد.
سيتطلب تطوير أي محرر آخر للقواعد الأساسية إنزيمات غير موجودة في الطبيعة، حتى للتحويلات في الرنا. ولكن هذا النوع من العقبة لم يوقف Liu من قبل. “سنستمر في المحاولة حتى يطور المجتمع جميع محررات القواعد الأساسية الممكنة”، يقول.
Source: https://www.nature.com/news/crispr-hacks-enable-pinpoint-repairs-to-genome-1.22884
اترك تعليقاً