حياة خالية من الألم مع تقنية كريسبر - ساينسوفيليا
حياة خالية من الألم مع تقنية كريسبر
كتابة / نورهان حمدي
CRISPR-CAS9 هو نظام ثوري لتحرير الجينات، فهي التقنية التي أحدثت ضجة في الأوساط العلمية وذلك لسرعتها ورخصها كما أنها أكثر دقة من التقنيات السابقة لتحرير الحمض النووي ولديها مجموعة واسعة من التطبيقات المحتملة.
• ماهي تقنية الـ CRISPR-CAS9 ؟
- هي تقنية فريدة تُمكّن علماء الوراثة والباحثيين الطبيين من تحرير أجزاء من الجينوم عن طريق إزالة أو إضافة أو تغيير أجزاء من الحمض النووي المتسلسل (DNA).
- كما أنها تعتبر أبسط وأدق الطرق في المعالجة الجينية، لذلك أحدثت ضجة في الوسط الطبي.
- العالم يوشيزومي إيشينو وزملاؤه هم أول من وضعوا تفسير لهذا النظام عام 1987.
• آلية عمل هذه التقنية :-
- يتكون هذا النظام من جزئين رئيسيين يعملان معًا ويُحدثان تغييرات في الحمض النووي (DNA) وهذا ما يسمى بالطفرات.
- الجزيء الأول هو انزيم Cas9 : يعمل كزوج من " المقص الجزيئي " يمكنه قطع شريطين من الحامض النووي في أماكن محددة من الجينوم بحيث يمكن بعد ذلك إضافة أجزاء من الحمض النووي أو إزالتها.
- الجزيء الثاني هو RNA : هو قطعة من الـ RNA يسمى بالـ RNA المرشد، وهو يتكون من 20 قاعدة من الحمض النووي الريبوسومي متمركزة في شريط يشبه السقالة، ويرتبط جزء السقالة بالحمض النووي والتسلسل المصمم مسبقًا (gRNA) يوجه انزيم Cas9 إلى الجزء الأيمن من الجينوم، وهذا يضمن أن الأنزيم يقطع في النقطة الصحيحة من الجينوم.
- تم تصميم الـ (gRNA) لإيجاد وربط تسلسل معين في الحمض النووي DNA، حيث أن الـ (gRNA) يحتوي على قواعد من الحمض النووي الريبوسومي والتي تكون مكملة لتسلسل الـ DNA المستهدف في الجينوم، وهذا يعني نظريًا على الأقل أن الـ (gRNA) سيرتبط فقط بالتسلسل المستهدف ولن يرتبط بمناطق آخرى من الجينوم.
- ثم انزيم الـ Cas9 يتبع الـ (gRNA) إلى نفس مكان تسلسل الحمض النووي DNA المستهدف ومن ثم عمل قطع عبر خيوط الحمض النووي.
- في هذه المرحلة تدرك الخلية أن الحمض النووي قد تلف ولابد من العمل على اصلاحه.
- تُمكّن هذه التقنية العلماء من استخدام آلية اصلاح الحمض النووي لإدخال تغييرات على جين واحد أو أكثر في جينوم الخلية المستهدفة.
رسم تخطيطي يوضح آلية عمل Crisper Cas9
• كيف يتم تطويره ؟
- بعض البكتيريا لديها نظام تحرير جيني مشابه لنظام الـ CRISPR-Cas9 الذي يستخدمونه لمواجهة غزو مسببات الأمراض كما هو حال النظام المناعي.
- بإستخدام تقنية كريسبر، تقطع البكتيريا اجزاء من الحمض النووي للفيروس مع احتفاظها بالقليل منه لمساعدتها في التعرف عليه والدفاع عنه في المرة القادمة التي يهاجمها فيها.
- قام العلماء بتقنين هذا النظام بحيث يمكن استخدامه في خلايا آخرى من الحيوانات بما في ذلك الفئران والبشر.
• التقنيات الأخرى الموجودة لتغيير الجينات :-
- عبر مرور السنين تمكّن العلماء من دراسة علم الوراثة والجينات وذلك عن طريق دراسة آثار التغييرات على الحمض النووي.
- إذا كان بإمكانك إحداث تغيير في الجين، سواء في خط الخلية أو في كائن حي كامل، فمن الممكن دراسة تأثير هذا التغيير لفهم وظيفة هذا الجين.
- استخدم علماء الوراثة لفترة طويلة المواد الكيميائية أو الإشعاعية لإحداث طفرات. ومع ذلك ، لم يكن لديهم أي وسيلة للتحكم في مكان حدوث الطفرة في الجينوم.
- لعدة سنوات ، استخدم العلماء "استهداف الجينات" لإدخال تغييرات في أماكن معينة في الجينوم ، عن طريق إزالة أو إضافة جينات كاملة أو قواعد مفردة.
- كان استهداف الجينات التقليدي ذا قيمة كبيرة في دراسة الجينات وعلم الوراثة ، إلا أنه يستغرق وقتًا طويلاً في إحداث طفرة في الجينات وهو مكلف إلى حد ما.
- مؤخرًا تم تطوير العديد من تقنيات "تحرير الجينات" لتحسين طرق استهداف الجينات ، بما في ذلك أنظمة CRISPR-Cas ، و Nucleases المستجيب الشبيه بمنشط النسخ (TALENs) و Nucleases ZFNs.
- حاليًا يبرز نظام CRISPR-Cas9 باعتباره النظام الأسرع والأرخص والأكثر مصداقية " لتحرير" الجينات.
• التطبيقات والآثار :-
- CRISPR-Cas9 لديه الكثير من الإمكانات كأداة لعلاج مجموعة من الحالات الطبية التي لها مكون جيني ، بما في ذلك السرطان أو التهاب الكبد B أو حتى ارتفاع نسبة الكوليسترول.
- تتضمن العديد من التطبيقات المقترحة تحرير الجينوم الجسدي من الخلايا (غير تناسلية) ولكن كان هناك الكثير من الاهتمام والنقاش حول إمكانية تعديل خلايا الخط الجنسي (التناسلي).
- ويأتي ذلك الأهتمام من كون أن أي تغييرات يتم اجراؤها في الخلايا التناسلية سوف تنتقل من جيل لآخر، ولذلك فهي لها أثارًا أخلاقية مهمة.
- يعد إجراء تحرير الجينات في الخلايا التناسلية أمرًا غير قانوني حاليًا في المملكة المتحدة ومعظم البلدان الأخرى.
- وعلى الرغم من ذلك، فإن استخدام تقنية CRISPR-Cas9 وبعض تقنيات تحرير الجينات الآخرى في الخلايا الجسدية لا جدال فيه، في الواقع تم استخدامها بالفعل في علاح الأمراض التي تصيب الإنسان في عدد صغير من الحالات الاستثنائية أو التي تهدد الحياة.
خلية منوية وبويضة. يعد إجراء تحرير الجينات في الخلايا التناسلية غير قانوني حاليًا في المملكة المتحدة.
• ماهو مستقبل CRISPR-Cas9 ؟
- من المحتمل أن تمر عدة سنوات قبل استخدام تقنية CRISPR-Cas9 بشكل روتيني في البشر.
- لا تزال الأبحاث تركز على استخدام هذه التقنية في النماذج الحيوانية أو الخلايا البشرية المعزولة، بهدف استخدام هذه التكنولوجيا في النهاية لعلاج الأمراض البشرية بشكل روتيني.
- مازال هناك الكثير من العمل الذي يركز على التخلص من التأثيرات ( الغير مستهدفة )، حيث يقوم نظام CRISPR-Cas9 على تقطيع جين مختلف عن الجين المفترض تعديله.
• استهداف أفضل للـ CRISPR-Cas9 :-
- في معظم الحالات يتكون الـ (gRNA) من تسلسل محدد من 20 قاعدة تكون مكملة للتسلسل المستهدف في الجين المراد تحريره، ومع ذلك فإننا لا نحتاج جميع القواعد العشرين إلي مطابقة الـ (gRNA) حتى يتم الأرتباط.
- تكمن المشكلة في أن من الممكن أن يكون التسلسل الذي يحتوي على سبيل المثال على 19 من القواعد التكميلية الـ 20 قد يكون موجودًا في مكان ما مختلف في الجينوم ، وهذا يعني امكانية ربط الـ (gRNA) هناك بدلاً من التسلسل المستهدف أو بالأضافة لربطه بالتسلسل المستهدف.
- ومن ثم سيقطع انزيم الـ Cas9 بعد ذلك في الموقع الخطأ وينتهي الأمر بإحداث طفرة في الموقع الخطأ، في حين أن من الممكن ان تكون هذه الطفرة لا تهم الفرد على الإطلاق ولكنها قد تؤثر على جين مهم أو جزء مهم آخر من الجينوم.
• يحرص العلماء على ايجاد طريقة للتأكد من أن تقنية CRISPR-Cas9 تربط وتقطع بدقة، وذلك يمكن من تحقيقه من خلال :
1- تصميم أفضل وأكثر تحديدًا للـ (gRNA) بإستخدام معرفتنا بتسلسل الحمض النووي للجينوم والسلوك الغير مستهدف لإصدارات الـ Cas9-gRNA المختلفة.
2- استخدام إنزيم Cas9 الذي سيقطع فقط خيطًا واحدًا من الحمض النووي المستهدف بدلاً من الخيط المزدوج، وهذا يعني أن اثنين من إنزيم Cas9 واثنين من الـ (gRNA) يجب أن يكونا في نفس المكان حتى يتم القطع وهذا يقلل من احتمالية إجراء القطع في المكان الخطأ.
المصدر :-
التعليقات على الموضوع