تحرير الجينوم (يسمى أيضًا تحرير الجينات) هو مجموعة من التقنيات التي تمنح العلماء القدرة على تغيير الحمض النووي للكائن الحي. تسمح هذه التقنيات بإضافة المواد الجينية أو إزالتها أو تغييرها في مواقع معينة في الجينوم. تم تطوير عدة طرق لتحرير الجينوم. واحد معروف يسمى CRISPR-Cas9 ، وهو اختصار للتكرار المتناوب القصير المترابط بانتظام والبروتين المرتبط بـ CRISPR 9. لقد ولّد نظام CRISPR-Cas9 الكثير من الإثارة في المجتمع العلمي لأنه أسرع وأرخص ، أكثر دقة وأكثر كفاءة من طرق تحرير الجينوم الأخرى.
قبل عشر سنوات من هذا الأسبوع ، نشرت جينيفر دودنا وزملاؤها نتائج تجربة أنبوب الاختبار على الجينات البكتيرية ، بعنوان “نوكلياز الحمض النووي المزدوج القابل للبرمجة والموجه بالـ RNA في المناعة البكتيرية التكيفية”. أدى هذا الاكتشاف إلى نوع جديد من تحرير الجينوم ، يُعرف الآن باسم CRISPR.
يتيح CRISPR-Cas9 – وهو اختصار لمجموعات من التكرارات المتناوبة القصيرة والمتباعدة بانتظام والبروتين 9 المرتبط بـ CRISPR – التحرير السريع للجينوم. على مدى العقد الماضي ، غيّر بشكل كبير مشهد الأمراض قيد الدراسة. يستخدم الأطباء تقنية كريسبر لتعديل الجينات التي تسبب الأمراض الوراثية ، ومنذ أن اكتشف علماء بيولوجيا السرطان أن التغيرات في الحمض النووي تسبب السرطان ، فإنهم يستخدمون الطريقة لتصحيح هذه التغييرات عن طريق التلاعب بالحمض النووي.
منذ أن أدرك العلماء أن التغيرات في الحمض النووي تسبب السرطان ، كانوا يبحثون عن طريقة سهلة لتصحيح تلك التغييرات عن طريق التلاعب بالحمض النووي.
الآن ، وصف فريق من علماء الأحياء في جامعة كاليفورنيا سان دييغو ، والذي يضم عالمة ما بعد الدكتوراه سيتارا روي ، والمتخصصة أنابيل جويشارد والبروفيسور إيثان بيير ، طريقة جديدة وأكثر أمانًا باستخدام آلية إصلاح الحمض النووي الطبيعية التي قد تصحح العيوب الجينية في المستقبل.
يوفر هذا النهج أساسًا لاستراتيجيات العلاج الجيني الجديدة التي تحتوي على إمكانية علاج مجموعة كبيرة من الأمراض الوراثية.
كما هو الحال في كثير من الحالات ، يحمل أولئك الذين يعانون من اضطرابات وراثية طفرات مميزة في نسختين من الجينات الموروثة من والديهم. يمكن أن يعني هذا أن طفرة على كروموسوم واحد سيكون لها نظير تسلسل وظيفي على الكروموسوم الآخر. استخدم الباحثون أدوات تحرير جيني كريسبر “لاستغلال” هذه الحقيقة.
وقال جويشارد ، كبير مؤلفي الدراسة ، في بيان: “يمكن استخدام البديل الصحي بواسطة آلية إصلاح الخلية لتصحيح الطفرة المعيبة بعد قطع الحمض النووي المتحور”. “اللافت للنظر أن هذا يمكن تحقيقه بشكل أكثر فاعلية عن طريق ضربة بسيطة غير مؤذية.”
عمل الباحثون مع ذباب الفاكهة. لقد صمموا طفرات سمحت بتصور مثل هذا “إصلاح قالب الكروموسوم المتماثل” ، أو HTR ، عن طريق إنتاج أصباغ في عيونهم. في البداية ، تميزت هذه المسوخات بعيون بيضاء تمامًا. ولكن عندما عبّرت نفس الذباب عن مكونات كريسبر (دليل الحمض النووي الريبي بالإضافة إلى كاس 9) ، أظهروا بقعًا حمراء كبيرة عبر أعينهم.
كانت هذه علامة على أن آلية إصلاح الحمض النووي للخلية قد نجحت في عكس الطفرة باستخدام الحمض النووي الوظيفي من الكروموسوم الآخر.
ثم اختبر العلماء نظامهم الجديد باستخدام متغيرات Cas9 المعروفة باسم “Nickases” التي استهدفت خيطًا واحدًا فقط من الحمض النووي بدلاً من كليهما.
والمثير للدهشة أن المؤلفين وجدوا أن مثل هذه النكات أدت أيضًا إلى استعادة عالية المستوى للون العين الحمراء على قدم المساواة تقريبًا مع الذباب السليم الطبيعي (غير المتحور). تم العثور على معدل نجاح إصلاح بنسبة 50-70 في المائة مع النيكاز ، مقارنة بنسبة 20 إلى 30 في المائة فقط في القطع المزدوج الشريط Cas9 ، والذي ينتج أيضًا طفرات متكررة ويستهدف مواقع أخرى في جميع أنحاء الجينوم.
قال روي ، المؤلف الرئيسي للدراسة: “لم أستطع أن أصدق مدى جودة عمل النكاز – لم يكن متوقعا على الإطلاق”.
قال غيشارد: “لا نعرف حتى الآن كيف ستترجم هذه العملية إلى خلايا بشرية وما إذا كان بإمكاننا تطبيقها على أي جين”. “قد تكون هناك حاجة إلى بعض التعديل للحصول على HTR فعال للطفرات المسببة للأمراض التي تحملها الكروموسومات البشرية.”
قال بيير: “ميزة أخرى ملحوظة لهذا النهج هي بساطته”. “إنها تعتمد على عدد قليل جدًا من المكونات ، ونقاط الحمض النووي” لينة “، على عكس Cas9 ، الذي ينتج تكسرًا كاملًا للحمض النووي غالبًا مصحوبًا بطفرات.”
قال روي: “إذا كان من الممكن زيادة تواتر مثل هذه الأحداث إما عن طريق تعزيز الاقتران بين المتجانسات أو عن طريق تحسين عمليات الإصلاح الخاصة بالنيق ، فيمكن تسخير مثل هذه الاستراتيجيات لتصحيح العديد من الطفرات السائدة أو غير المتجانسة المسببة للأمراض”.
يمكن أن تكون “براعة” النظام الجديد نموذجًا لإصلاح الطفرات الجينية في الثدييات.
