نسل جدید ویرایش ژن CRISPR: بدون نیاز به ویروس

به گزارش خبرگزاری صدا و سیما؛  فناوری CRISPR/Cas9 به‌عنوان یک فناوری ویرایش ژنی که تحقیقات زیست‌پزشکی را متحول کرده، شناخته شده است. اکنون، محققان پس از کشف روش جدیدی برای استفاده از این فناوری که کارایی ویرایش آن را بهبود می‌بخشد و راه جدیدی برای ترمیم DNA ارائه می‌دهد، ابزار دیگری را به جعبه‌ابزار ویرایش ژن اضافه کرده‌اند.

 فناوری CRISPR/Cas9 از نظام ویرایش ژنوم طبیعی که باکتری‌ها از آن به‌عنوان دفاع ایمنی استفاده می‌کنند، اقتباس شده است. وقتی باکتری‌ها توسط ویروس آلوده می‌شوند، قطعه کوچکی از DNA ویروس را برش می‌دهند و آن را با آرایش خاصی که به‌عنوان آرایه CRISPR شناخته می‌شود، در ژنوم خود وارد می‌کنند. این بدان معنی است که در آلودگی‌های بعدی، ویروس می‌تواند توسط باکتری شناسایی شود و هدف نابودی قرار گیرد.

 ویرایش ژن در انسان متکی بر آنزیم Cas9 است که با هدایت CRISPR، قطعه‌ای از DNA را برش می‌دهد. بخش برداشته شده می‌تواند با یک الگوی DNA مشابه (همولوگ) اما بهبودیافته با فرایندی به نام تعمیر مبتنی بر همسانی جایگزین شود که سازوکارهای طبیعی ترمیم DNA سلول را آغاز می‌کند. ویروس‌ها (که اصلاح شده‌اند و نمی‌توانند بیماری ایجاد کنند) معمولاً برای رساندن DNA الگو به هسته سلول استفاده می‌شوند، زیرا در ورود به سلول مؤثر هستند.

 اکنون، محققان دانشگاه کالیفرنیا سانتاباربارا یک سامانه تحویل غیر ویروسی ایجاد کرده‌اند که کارایی و توانایی ویرایش ژن CRISPR/Cas9 را افزایش می‌دهد و ترمیم مبتنی بر همولوژی را تا حد زیادی بهبود می‌بخشد.

 ویروس‌هایی که برای اهداف ویرایش ژنی استفاده می‌شوند گران هستند، مقیاس‌پذیری سختی دارند و به طور بالقوه برای سلول‌ها سمی هستند؛ بنابراین محققان به دنبال توسعه یک روش جایگزین برای انتقال و افزودن پیوندهای عرضی بین‌رشته‌ای به الگوی تعمیر مبتنی بر همسانی بودند.

 جداسازی دو رشته مارپیچ DNA برای فرایندهای سلولی مانند همانندسازی و رونویسی ضروری است. پیوندهای عرضی بین‌رشته‌ای (ICLs) ضایعات DNA ای سمی هستند که این رشته‌ها را به هم متصل کرده و جداسازی و در نتیجه رونویسی و تکثیر را مهار می‌کنند. بسیاری از شیمی‌درمانی‌های سرطان، ICLهایی را ایجاد می‌کنند که مانع تکثیر سلول‌های سرطانی می‌شوند.

 محققان دریافتند که آسیب ناشی از افزودن ICL به الگوی تعمیر مبتنی بر همسانی در واقع احتمال موفقیت در ویرایش ژن را بهبود می‌بخشد و ترمیم سلولی را تحریک می‌کند.

 کریس ریچاردسون، نویسنده مسئول این مطالعه گفت: اساساً کاری که ما انجام داده‌ایم این است که این DNA الگو را گرفته و به آن آسیب رسانده‌ایم. ما در واقع به شدیدترین شکلی که فکر می‌کنم به آن آسیب رسانده‌ایم.

 آنها دریافتند که استفاده از ICLها فعالیت ویرایش ژن را تا سه برابر در مقایسه با کنترل‌های فاقد ICL بهبود می‌بخشد. با افزایش فعالیت ویرایش، محققان انتظار داشتند که خطاهای بیشتری ببینند. در عوض، آنها هیچ افزایشی در بَسامد جهش مشاهده نکردند.

 ریچاردسون گفت: «آنچه که ما فکر می‌کنیم این است که سلول DNA آسیب‌دیده‌ای را که ما این ICL اضافه کرده‌ایم، شناسایی کرده و تلاش می‌کند تا آن را ترمیم کند و با انجام این کار، عبور سلول از یک ایست بازرسی را به تأخیر می‌اندازد، یعنی جایی که به طور معمول در آن این فرایند نوترکیبی را متوقف می‌کند و بنابراین با طولانی کردن مدت زمانی که سلول برای انجام این نوترکیبی نیاز دارد، احتمال تکمیل ویرایش‌ها را بیشتر می‌کند.

 نوترکیبی فرایندی است که طی آن قطعات DNA شکسته و ترمیم می‌شوند (بازترکیب) تا نسخه‌های جدیدی از توالی‌های DNA تولید شود.

 محققان می‌گویند که روش جدید ویرایش ژن آنها در محیط آزمایشگاهی برای توسعه مدل‌های کارآمدتر بیماری مفید خواهد بود و درها را به روی مداخلات بالینی و درمانی بهتر باز می‌کند.

 هانا قاسمی، نویسنده ارشد این مطالعه گفت: «ما می‌توانیم به طور مؤثرتری ژن‌ها را خاموش کرده و چیزهایی را در ژنوم وارد کنیم تا سامانه‌های خارج از بدن انسان را در یک محیط آزمایشگاهی مطالعه کنیم.»

 این مطالعه در مجله Nature Biotechnology منتشر شد.