التعليقات

مقدمة لتحرير الجينوم كريسبر

مقدمة لتحرير الجينوم كريسبر

تخيل أن تكون قادرًا على علاج أي مرض وراثي ، أو منع البكتيريا من مقاومة المضادات الحيوية ، أو تغيير البعوض حتى لا تتمكن من نقل الملاريا ، أو الوقاية من السرطان ، أو زرع أعضاء حيوانات بنجاح في أشخاص دون رفض. الآلية الجزيئية لتحقيق هذه الأهداف ليست مادة رواية خيال علمي وضعت في المستقبل البعيد. هذه هي الأهداف التي يمكن تحقيقها بفضل عائلة من تسلسل الحمض النووي تسمى CRISPRs.

ما هو كريسبر؟

كريسبر (وضوحا "هش") هو اختصار للتكرار القصير المتكرر المنتظم ، وهي مجموعة من تسلسل الحمض النووي الموجود في البكتيريا التي تعمل كنظام دفاع ضد الفيروسات التي يمكن أن تصيب البكتيريا. كريسبرز هي كود وراثي يتم تقسيمه بواسطة "الفواصل" المتتالية من الفيروسات التي هاجمت بكتيريا. إذا واجهت البكتيريا الفيروس مرة أخرى ، فستعمل كريسبر كنوع من بنك الذاكرة ، مما يسهل الدفاع عن الخلية.

اكتشاف كريسبر

كريسبر تكرر تسلسل الحمض النووي. أندرو بروكس / غيتي إيماجز

لقد حدث اكتشاف تكرارات الحمض النووي العنقودية بشكل مستقل في الثمانينيات والتسعينيات من قبل باحثين في اليابان وهولندا وإسبانيا. تم اقتراح اختصار كريسبر بواسطة فرانشيسكو موخيكا ورود يانسن في عام 2001 لتقليل الالتباس الناتج عن استخدام الاختصارات المختلفة من قبل فرق البحث المختلفة في الأدب العلمي. افترض Mojica أن كريسبر كانت شكلاً من أشكال المناعة المكتسبة من البكتيريا. في عام 2007 ، قام فريق بقيادة فيليب هورفاث بالتحقق من ذلك. لم يمض وقت طويل قبل أن يجد العلماء طريقة لمعالجة واستخدام كريسبرز في المختبر. في عام 2013 ، أصبح مختبر تشانج أول من ينشر طريقة هندسة كريسبرز لاستخدامها في تحرير الجينوم البشري والإنساني.

كيف يعمل كريسبر

مجمع تحرير الجينات CRISPR-CAS9 من المكورات العقدية: يستخدم بروتين نووي Cas9 تسلسل دليل الحمض النووي الريبي (الوردي) لخفض الحمض النووي في موقع تكميلي (أخضر). MOLEKUUL / العلم صورة المكتبة / غيتي صور

بشكل أساسي ، يوفر CRISPR بشكل طبيعي قدرة على البحث عن الخلايا وتدميرها. في البكتيريا ، يعمل كريسبر عن طريق نسخ تسلسلات فاصل تحدد الحمض النووي للفيروس المستهدف. أحد الإنزيمات التي تنتجها الخلية (على سبيل المثال ، Cas9) يرتبط بعد ذلك بالحمض النووي المستهدف ويقطعه ، ويطفئ الجين المستهدف ويعطل الفيروس.

في المختبر ، يقوم Cas9 أو أي إنزيم آخر بقطع الحمض النووي ، بينما يخبره كريسبر بمكان القصاص. بدلاً من استخدام التواقيع الفيروسية ، يقوم الباحثون بتخصيص الفواصل الفاصلة لـ CRISPR للبحث عن جينات ذات أهمية. قام العلماء بتعديل Cas9 والبروتينات الأخرى ، مثل Cpf1 ، بحيث يمكنهم إما قطع الجين أو تنشيطه. إن إيقاف تشغيل الجين وتشغيله يجعل من السهل على العلماء دراسة وظيفة الجين. قطع تسلسل الحمض النووي يجعل من السهل استبداله بتسلسل مختلف.

لماذا استخدام كريسبر؟

ليست كريسبر أول أداة لتحرير الجينات في صندوق أدوات البيولوجيا الجزيئية. تشمل التقنيات الأخرى لتحرير الجينات nucleases بأصابع الزنك (ZFN) ، nucleases المشابه للناشط في النسخ (TALENs) ، والتأليف النانوي الضار المصمم من عناصر جينية متنقلة. تعد CRISPR تقنية متعددة الاستخدامات لأنها فعالة من حيث التكلفة ، وتتيح مجموعة كبيرة من الأهداف ، ويمكن أن تستهدف المواقع التي يتعذر الوصول إليها باستخدام تقنيات أخرى معينة. لكن السبب الرئيسي وراء كونها مشكلة كبيرة هو أنه سهل التصميم والاستخدام بشكل لا يصدق. كل ما نحتاج إليه هو موقع يستهدف 20 نيوكليوتيد ، ويمكن صنعه من خلال إنشاء دليل. الآلية والتقنيات سهلة الفهم والاستعمال أصبحت قياسية في مناهج علم الأحياء للمرحلة الجامعية الأولى.

استخدامات كريسبر

يمكن استخدام كريسبر لتطوير عقاقير جديدة تستخدم لعلاج الجينات. ديفيد ماك / غيتي صور

يستخدم الباحثون كريسبر لإنشاء نماذج الخلايا والحيوانات لتحديد الجينات التي تسبب المرض ، وتطوير علاجات الجينات ، وهندسة الكائنات الحية لديها سمات مرغوبة.

تشمل المشاريع البحثية الحالية:

  • تطبيق كريسبر لمنع وعلاج فيروس نقص المناعة البشرية ، والسرطان ، وأمراض الخلايا المنجلية ، ومرض الزهايمر ، والحثل العضلي ، ومرض لايم. من الناحية النظرية ، يمكن علاج أي مرض ذي مكون وراثي بالعلاج الجيني.
  • تطوير أدوية جديدة لعلاج العمى وأمراض القلب. تم استخدام كريسبر / كاس 9 لإزالة طفرة تسبب التهاب الشبكية الصباغي.
  • إطالة العمر الافتراضي للأغذية القابلة للتلف ، وزيادة مقاومة المحاصيل للآفات والأمراض ، وزيادة القيمة الغذائية والمحصول. على سبيل المثال ، استخدم فريق من جامعة روتجرز التقنية لجعل العنب مقاومًا للعفن الناعم.
  • زرع أعضاء الخنازير (xenotransplanation) في البشر دون الرفض
  • إعادة الماموث صوفي وربما الديناصورات وغيرها من الأنواع المنقرضة
  • جعل البعوض مقاومة للالمتصورة المنجلية طفيلي يسبب الملاريا

من الواضح أن كريسبر وغيرها من تقنيات تحرير الجينوم مثيرة للجدل. في يناير 2017 ، اقترحت إدارة الغذاء والدواء الأمريكية (FDA) إرشادات لتغطية استخدام هذه التقنيات. تعمل حكومات أخرى أيضًا على لوائح لموازنة الفوائد والمخاطر.

مراجع مختارة ومزيد من القراءة

  • Barrangou R، Fremaux C، Deveau H، Richards M، Boyaval P، Moineau S، Romero DA، Horvath P (March 2007). "يوفر كريسبر مقاومة مكتسبة ضد الفيروسات في بدائيات النوى".علم315 (5819): 1709-12. 
  • هورفاث ف ، بارانغو آر (يناير 2010). "كريسبر / كاس ، الجهاز المناعي للبكتيريا والعتيقة".علم327 (5962): 167-70.
  • Zhang F، Wen Y، Guo X (2014). "كريسبر / كاس 9 لتحرير الجينوم: التقدم والآثار والتحديات".علم الوراثة الجزيئية البشرية23(R1): R40-6.


شاهد الفيديو: كيفية سلسلة الجينوم البشري - مارك ج. كيل (شهر اكتوبر 2021).