کریسپر، قیچی جادویی – بخش اول

اگر دنبال کننده اخبار علمی زیست شناسی باشید، بدون شک هر چند روز یک بار خبری جدید در حوزه پزشکی برمی‌خورید که واژه‌ی کریسپر را در تیتر خود دارد.  در هفته ای که گذشت، یکی از مهمترین اخبار علمی این بود: ویرایش ژن ایجاد کننده بیماری قلبی مادرزادی در جنین انسان به کمک تکنیک «کریسپر».

تکنیک ویرایش ژن کریسپر از زمان کشف تا به امروز در علم ژنتیک و حوزه های مختلف پزشکی انقلابی عظیم به پا کرده است و همچنان با سرعت تمام در این راه پیش می رود. در ادامه به معرفی کوتاه این کشف بزرگ می پردازیم.

ترجمه‌‌‌ی فارسی عبارت “Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats” یا به اختصار “CPISPR”، «تکرارهای آیینه ای کوتاه با فواصل منظم خوشه ای» است. این نام گذاری و خصوصا این ترجمه ممکن است بسیار گیج کننده باشد، اما در حقیقت دقیق ترین و گویاترین نام گذاری ممکن نیز هست.

در سال ۱۹۹۲، دانشمند اسپانیایی «فرانسیسکو موهیکا» هنگام مطالعه ژنوم (تمام محتوای ژنتیکی یک سلول) یک میکروبِ نمک دوست، ۱۴ توالی غیر طبیعی را مشاهده کرد که هر کدام ۳۰ جفت باز طول داشته، از هر دو طرف یکسان خوانده می شدند و بین آنها حدود ۳۵ جفت باز آلی فاصله وجود داشت. او احتمالا اولین کسی نبوده که به این توالی ها برخورد کرده، اما اولین کسی است که آنها را مورد توجه و موضوع اصلی تحقیقات خود قرار داده است.

طبق تعریف، نواحی موسوم به کریسپر، توالی هایی تکراری هستند که توالی‌های منحصر به فردی بین آنها فاصله می اندازند؛ این توالی ها Spacer (فاصله انداز) نامیده می شوند. در سال ۲۰۰۵، فرانسیس موهیکا در فرضیه‌ای مطرح کرد که ساختار این توالی های DNA مکمل ژنوم ویروسهایی گوناگونی است که به باکتریها حمله می کنند (باکتریوفاژ). در همان سال با کشف پروتئین‌هایی به نام Cas که توانایی ایجاد بُرش در دو رشته‌ی DNA را دارند، این پازل تقریبا کامل شد.

پروتئین های Cas به همراه یک RNA که پس از رونویسی از توالی spacer بدست آمده است، یک کمپلکس تشکیل می دهند، و درون سلول قطعات DNA ویروسهای مهاجمی را که دارای توالی مکمل آنها باشند یافته و با آنزیم Cas از بین می برند.

در اصل قطعات DNAی ویروسی، با ذخیره شدن در کروموزوم و ایجاد خاطره برای سیستم ایمنی باکتری، آن را برای حملات بعدی آماده می کنند. این فرآیند بنظر شما آشنا نیست؟ بله، سیستم ایمنی انسان نیز به صورت مشابه اما پیشرفته‌تر کار می کند.

در بخش اول این مقاله، به تاریخچه ای کوتاه از کشف کریسپر و شرح مختری از عملکرد آن در باکتری‌ها پرداختیم. در بخش بعدی، در مورد نحوه‌ی بهره گیری دانشمندان از این تکنیک دفاعی، بعنوان یکی از مهم‌ترین دستاوردهای علم ژنتیک برای ویرایش ژن‌ها خواهیم گفت.

منابع:

نشریه Nature doi:10.1038/541280a

نشریه Cell DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2015.12.041

ارغوان فتاحی