کلاس جدید CRISPR جعبه ابزاری برای مهندسی ژنتیک

خلاصه: امروزه مهندسان زیست پزشکی از فناوری CRISPR که قبلاً ناشناخته بوده، برای تنظیم دقیق و ویرایش ژن‌های هدف در سلول‌های انسانی استفاده می کنند. با استفاده از این رویکرد جدید، محققان امیدوارند که ابزارهای مبتنی بر CRISPR توسط مهندسین زیست پزشکی گسترش یابد و مرز جدیدی از فناوری‌های مهندسی ژنوم را باز کنند.

مهندسان زیست پزشکی در دانشگاه دوک از تکنولوژی CRISPR که قبلاً ناشناخته بوده برای تنظیم دقیق و ویرایش ژنوم سلول‌های انسانی استفاده کرده‌اند. در مطالعه‌ای که در تاریخ ۲۳ سپتامبر در مجله Nature biotechnology انجام شد، چارلز گرزباخ ، دانشیار مهندسی زیست پزشکی در دوک ، و آدریان الیور ، همکار پست دکترا در آزمایشگاه گرزباخ که رهبری این پروژه را بر عهده داشت، چگونگی مهار موفقیت‌آمیز کلاس۱ سیستم CRISPR را برای روشن و خاموش کردن ژن‌های هدف و ویرایش اپی‌ژنوم در سلول‌های انسانی برای اولین بار را شرح می‌دهد.

CRISPR-Cas  یک سیستم دفاعی است که در آن باکتری‌ها از مولکول‌های RNA و پروتئین‌های مرتبط با CRISPR (Cas) برای هدف قرار دادن و از بین بردن DNA ویروس‌های مهاجم استفاده می‌کنند. کشف این پدیده و طراحی مجدد ماشین‌های مولکولی باعث ایجاد انقلابی در ویرایش ژنوم شد، زیرا محققان آموختند که چگونه از این ابزار استفاده کنند تا به‌طور اختصاصی DNA  سلول‌های انسانی را مورد هدف و ویرایش قرار دهند.

CRISPR-Cas9 ، رایج‌ترین ابزار ویرایش ژنوم امروزه ، به‌عنوان یک سیستم CRISPR کلاس ۲ طبقه‌بندی می‌شود. سیستم‌های کلاس ۲ در دنیای باکتریایی رواج کمتری دارند ، اما ازنظر تئوریک کار کردن با آن‌ها ساده‌تر است، زیرا تنها به یک پروتئین Cas متکی هستند تا بتوانند DNA را هدف قرار دهند. سیستم‌های کلاس ۱ چندان ساده نیستند و با تکیه بر چندین پروتئین که در مجموعه‌ای به نام Cascade  (مجموعه CRISPR مربوط به دفاع ضدویروسی) باهم کار می‌کنند ، DNA را هدف قرار می‌دهند. پس از اتصال ، Cascade پروتئین Cas3 را که DNA را تکه می‌کند، استخراج می‌کند. گرزباخ گفت: “اگر می‌خواهید به سیستم‌های فردی CRISPR همه باکتری‌ها در جهان نگاه کنید ، تقریباً ۹۰ درصد سیستم‌های کلاس یک هستند.” “زیست‌شناسی CRISPR-Cas یک منبع باورنکردنی برای ابزارهای بیوتکنولوژی است ، اما تا همین اواخر همه فقط به دنبال یک قطعه کوچک از این حجم بودند.” برای نشان دادن قابلیت‌های سیستم کلاس ۱ ، الیور فعال‌کننده‌های ژن را به سایت‌های خاص در امتداد یک مجموعهI E. coli Cascade نوع I متصل کرد و سیستم را برای اتصال به پروموتور ژن، که سطح بیان ژن را تنظیم می‌کند ، هدف قرار داد. ازآنجاکه او پروتئین Cas3 را در این آزمایش نگنجاند ، هیچ برشی  تغییر  سکانسی در DNA به وجود نیامد. این آزمایش نشان داد که فعال‌کننده Cascade نه‌تنها به سایت صحیح متصل می‌شود و می‌تواند سطوح ژن موردنظر را بالا ببرد ، بلکه این کار را در مقایسه با CRISPR / Cas9 با دقت بالایی انجام می‌دهد. الیور فرآیند را با استفاده از مجموعه‌های نوع ۱  Cascade از یک سویه باکتریایی اضافی که در کار هدف قرار دادن انواع سایت‌های هدف بسیار قوی بود ، تکرار کرد. او همچنین نشان داد كه دامنه فعال‌کننده برای خاموش کردن ژن‌های هدف می‌تواند جایگزین شود. محققان مجدداً  دقت و ویژگی قابل‌مقایسه با روش‌های CRISPR / Cas9 را یادآور شدند. الیور گفت: “ما ساختار Cascade را به طرز چشمگیری مدولار یافتیم که این امکان را فراهم می‌کند تا سایت‌های مختلفی برای اتصال فعال‌کننده‌ها یا سرکوبگر‌ها  که ابزار بسیار خوبی برای تغییر ژن در سلول‌های انسانی هستند، فراهم شود.” “ماهیت انعطاف‌پذیری Cascade ، آن را به یک فناوری مهندسی ژن امیدوارکننده تبدیل می‌کند.”

اکنون ، این تیم خوش‌بین است که مطالعه آن‌ها و کار‌های مرتبط  دیگران در این زمینه ، منجر به شروع تحقیقات جدیدی در مورد سیستم‌های CRISPR کلاس ۱ شود. تاکنون تیم نشان داده است كه این سیستم‌های كلاس ۱ ازنظر دقت و كاربرد قابل‌مقایسه با CRISPR-Cas9 هستند. ازآنجاکه آن‌ها مسیرهای آینده را در نظر می‌گیرند، آن‌ها کنجکاو هستند که تفاوت این سیستم‌ها را با همتایان کلاس ۲ خود نشان دهند، و اینکه چگونه این تفاوت‌ها می‌تواند برای کاربردهای بیوتکنولوژی مفید باشد. این تیم همچنین علاقه‌مند‌است که در این مورد که چگونه سیستم‌های کلاس ۱ می‌توانند چالش‌های کلی برای تحقیقات CRISPR-Cas را برطرف کند، به‌ویژه مواردی که برنامه‌های درمانی بالقوه را پیچیده می‌کند، مانند پاسخ ایمنی به پروتئین‌های Cas و هم‌زمان با استفاده از انواع مختلف CRISPR برای عملکردهای مختلف مهندسی ژن، را موردمطالعه قرار دهند. گرزباخ گفت: “ما می‌دانیم كه CRISPR می‌تواند تأثیر زیادی بر سلامت انسان بگذارد، اما ما هنوز در ابتدای راه درک چگونگی استفاده از CRISPR، قابلیت‌هایش و اینکه چه سیستم‌هایی در دسترس ما است، قرار داریم. ما انتظار داریم که این ابزار جدید زمینه‌های جدیدی از مهندسی ژن را فعال خواهد کرد.”

مترجم: نگین احمدی جزی

source link