مثير للإعجاب

قد تحمل بروتينات "Anti-CRISPR" المفصلة حديثًا مفتاح التعديل الجيني الآمن

قد تحمل بروتينات

إذا كنت تهتم بالتطورات في الطب الوراثي على الإطلاق - وحتى إذا لم تكن قد فعلت ذلك - فمن المحتمل أنك سمعت كثيرًا عن تقنية تسمى CRISPR مؤخرًا.

إنها تقنية جديدة لتحرير الجينات تتمتع بمزايا مميزة تتمثل في كونها دقيقة ورخيصة وسريعة المفعول للغاية ، وهي تأخذ عالم الأبحاث البيولوجية عن طريق العاصفة نظرًا لتطبيقاتها اللامحدودة تقريبًا لعلاج الأمراض والإعاقة.

أنظر أيضا:بيولوجيا الكم: مخيف وغامض وأساسي للحياة نفسها

ولكن على الرغم من كل الإثارة التي تحيط بها ، فإن تقنية كريسبر لديها بعض العقبات المهمة التي لم يتبق لها حلها. لسبب واحد ، بينما تعمل العملية بشكل لا يصدق في مزارع الخلايا ومثيلاتها الحيوانية البسيطة ، لا يوجد حتى الآن الكثير من الأدلة على أن لها نفس النوع من الفعالية في البشر.

علاوة على ذلك ، في حين أن الاستهداف الجيني المستخدم في تقنية كريسبر دقيق بشكل لا يصدق ، إلا أنه ما لم يكن مثاليًا بالفعل ، فسيظل شيئًا يمكن أن يعرض المريض لخطر الإصابة بالسرطان بشكل كبير.

يحدث هذا لأنه بدون طريقة لإخبار نظام CRISPR بالتوقف ، فمن الممكن أن يستمر في إدخال الجين الجديد ، أو مجرد قطع الحمض النووي للمضيف في مواقع مشابهة بدرجة كافية للهدف بحيث يتم الخلط بينه وبينه إلى أجل غير مسمى. وإذا حدث تغيير عرضي في أحد هذه الأماكن ليكون جينًا مثبطًا للورم ... حسنًا ، هكذا يحدث السرطان.

ومع ذلك ، فإن الأمل في مستقبل خالٍ من الأمراض الوراثية لا يضيع لأن بحثًا جديدًا نُشر في مجلة Cell Host & Microbe قد وجد أربعة مكافحة كريسبر البروتينات التي يمكن استخدامها لتنظيم نظام تحرير الجينات ، وإيقاف تشغيله أو تشغيله حسب الرغبة ، وتقليل المخاطر على المدى الطويل بشكل كبير.

وبما أن هذه البروتينات تم اكتشافها موزعة عبر مجموعة متنوعة من البيئات ، فإنها تشير أيضًا إلى أن هذه البروتينات قد تكون أكثر انتشارًا في الطبيعة مما أدركنا ، مما يعني أنه قد يكون من الممكن تحسين المزيد مع الاكتشافات الجديدة.

أدرك أنني لم أخبركم كثيرًا عن ماهية هذه البروتينات المضادة لـ CRISPR في الواقع - فلنصلح ذلك! ولكن قبل أن نصل إلى جوهر كيفية عمل هذه الأشياء ، علينا أن نعود ونذكر أنفسنا بسرعة بآليات وأصول تقنية كريسبر نفسها.

أصل كريسبر كسلاح في سباق التسلح الجيني.

ال الوظيفة الأصلية من أنظمة كريسبر كانت بمثابة أجهزة مناعية بكتيرية تمكن البكتيريا من محاربة الفيروسات المعدية التي تسمى العاثيات (نعم ، يمكن للبكتيريا أن تصاب بالفيروسات أيضًا ، أليس كذلك؟) بطريقة مستهدفة.

إن تطوير نظام الاستهداف عالي السوائل هذا للحمض النووي الغازي هو ما يمنحها طبيعتها القابلة للبرمجة ، ولهذا السبب يتم حاليًا نشر أنظمة CRISPR ، وخاصة Cas9 ، على نطاق واسع في صناعة علوم الحياة مع إمكانية تقديم علاجات جينية متطورة ، جديدة المضادات الحيوية وعلاجات الملاريا.

ومن المثير للاهتمام أنه في حرب العدوى والحماية هذه ، طورت العاثيات بروتينات مضادة لـ CRISPR للتغلب على أنظمة CRISPR البكتيرية في نوع من سباق التسلح التطوري. تعمل هذه البروتينات على تثبيط النظام الدفاعي للبكتيريا المضيفة بسرعة مما يجعل البكتيريا عرضة للعدوى ، وفي النهاية تدميرها بواسطة الفيروس الغازي.

وبالتالي ، يمكن أيضًا استخدام هذه البروتينات شديدة التحديد لإلغاء تنشيط نظام كريسبر عند استخدامه علاجيًا ، مما يسمح للباحثين بإيقاف التدخل الجيني بمجرد إدخال الحمض النووي الجديد ، مما يقلل من خطر الإصابة بالسرطان ومضاعفات أخرى على المدى الطويل.

لماذا نحن فقط اكتشفنا عن هذا؟

على الرغم من أهميتها البيولوجية الكبيرة ، فقط عدد قليل من برامج مكافحة كريسبرتم اكتشاف البروتينات حتى الآن في مجموعة فرعية معينة من البكتيريا. البروتينات المضادة لـ CRISPR الحالية ليست وفيرة في الطبيعة ولم يتم تحديدها إلا من خلال دراسة الحمض النووي للعاثيات التي كانت قادرة على إصابة البكتيريا التي تؤوي كريسبر-كاس 9.

باستخدام هذه الطريقة ، يعتمد المرء على القدرة على استنبات البكتيريا وعلى العاثيات القادرة على إصابة وتجنب مراقبة نظام CRISPR Cas9 الداخلي الذي يعثر عليها على وجه التحديد.

على الرغم من ذلك ، وجد البحث الجديد من الدنمارك طريقة لجعل مشكلة تحديد هذه الجينات أسهل قليلاً.

"لقد استخدمنا نهجًا مختلفًا يركز على النشاط الوظيفي المضاد لـ CRISPR بدلاً من تشابه تسلسل الحمض النووي. وقد مكننا هذا النهج من العثور على مضادات CRISPR في البكتيريا التي لا يمكن بالضرورة استنباتها أو إصابتها بالعاثيات. والنتائج مثيرة حقًا ، "يقول روبن فاسكيز أوريبي ، ما بعد الدكتوراة في مركز مؤسسة نوفو نورديسك للاستدامة الحيوية (DTU).

كيف فعلوا ذلك؟

ال الباحثين حددت الجينات المضادة لـ CRISPR عن طريق استخدام الحمض النووي الكلي من أربع عينات براز بشرية ، وعينتين من التربة ، وعينة براز بقرة وعينة براز خنزير (لا أحد متأكد تمامًا من سبب حرصهم الشديد على التعامل مع البراز ، ولكن دعونا نحاول عدم القيام بذلك. القاضي).

تم تقطيع الحمض النووي إلى قطع أصغر ويتم التعبير عنه بشكل عشوائي على البلازميد (حلقة صغيرة من الحمض النووي) داخل خلية بكتيرية. تحتوي هذه الخلية على دائرة وراثية لاختيار نشاط مضاد لـ CRISPR.

باختصار ، هذا يعني أن الخلايا التي تحتوي على بلازميد مع جين محتمل مضاد لـ CRISPR ستصبح مقاومة لمضاد حيوي معين. على العكس من ذلك ، فإن الخلايا التي لا يمنح فيها البلازميد نشاطًا مضادًا لـ CRISPR تموت. باستخدام هذا النظام ، يمكن للباحثين بسهولة اكتشاف واختيار الحمض النووي مع نشاط مضاد لـ CRISPR وتتبعه إلى أصله.

باستخدام نهج مكتبة الجينوم الفوقية هذا ، تمكن العلماء من تحديد أحد عشر جزءًا من الحمض النووي التي تحايلت على نشاط Cas9.

يمكن أن يؤكد التوصيف الإضافي بعد ذلك نشاط أربعة مضادات جديدة لـ CRISPR. كشف المزيد من التحليل أن الجينات المحددة في عينات البراز موجودة في الواقع في البكتيريا الموجودة في بيئات متعددة ، على سبيل المثال في البكتيريا التي تعيش في أمعاء الحشرات ومياه البحر والغذاء.

يوضح هذا أن الجينات المكتشفة حديثًا تنتشر في العديد من الفروع البكتيرية في شجرة الحياة ، وفي بعض الحالات مع وجود دليل على أن بعض هذه الجينات قد تم نقلها أفقيًا عدة مرات أثناء التطور.

يقول مورتن سومر ، المدير العلمي لمركز مؤسسة نوفو نورديسك للاستدامة الحيوية (DTU): "حقيقة أن مضادات كريسبر التي اكتشفناها وفيرة جدًا في الطبيعة تشير إلى أنها مفيدة جدًا ولها أهمية كبيرة من منظور بيولوجي".

تشير هذه النتائج إلى أنه من المحتمل أن تلعب مضادات CRISPR دورًا أكثر أهمية في التفاعل بين الملتهمة والمضيف أكثر مما تم اقتراحه سابقًا.

انتظر ، لماذا كل هذا مهم مرة أخرى؟

تطبيقات الجينات المضادة لـ CRISPR ، في الوقت الحالي ، تدور حول تحسين تحرير الجينات النظام. أظهرت الدراسات السابقة في هذا المجال أنه يمكن استخدام البروتينات المضادة لـ CRISPR لتقليل الأخطاء ، مثل قطع الحمض النووي في المواقع غير المستهدفة ، عند إجراء تحرير الجينوم في المختبر.

"اليوم ، يواجه معظم الباحثين الذين يستخدمون CRISPR-Cas9 صعوبات في التحكم في النظام والنشاط غير المستهدف. لذلك ، تعد أنظمة مكافحة CRISPR مهمة جدًا ، لأنك تريد أن تكون قادرًا على تشغيل النظام وإيقاف تشغيله لاختبار النشاط. لذلك ، يقول مورتن سومر: "يمكن أن تصبح هذه البروتينات الجديدة مفيدة للغاية".

علاوة على ذلك ، اكتشف الباحثون بالفعل أن البروتينات الأربعة الجديدة المضادة لـ CRISPR يبدو أن لها سمات وخصائص مختلفة. للمضي قدمًا ، سيكون هذا مثيرًا للغاية لمزيد من التحقيق. قد يعني ذلك وجود بروتينات يمكن تخصيصها لمستويات تعبير معينة أو مخاوف تتعلق بالسلامة. أو حتى تطوير البروتينات القادرة على تشغيل وإيقاف كريسبر وفقًا للمنبهات الخارجية ، وهو أمر سيكون مفيدًا للغاية.

في النهاية ، وبغض النظر عن الطريقة التي يسير بها البحث ، فلا شك في أن البروتينات المضادة لـ CRISPR ستلعب دورًا كبيرًا في القفزة التالية للأمام في الطب الجيني.


شاهد الفيديو: حدث ذات مرة في الصين - تعديل جينات جنين. ريبلز#110 (ديسمبر 2021).