به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، با توجه به اینکه که سلول‌های جنین اولیه انسان اغلب قادر به ترمیم آسیب به DNA خود نیستند. محققان می‌گویند که این امر پیامدهای مهمی برای استفاده پیشنهادی از تکنیک‌های ویرایش ژن برای حذف بیماری‌های ارثی جدی از رویان و همچنین برای IVF به طور کلی دارد. دکتر نادا کوبیکوا از دانشگاه آکسفورد (بریتانیا) با ارائه این تحقیق به سی و نهمین نشست سالانه انجمن اروپایی تولید مثل انسان و جنین شناسی (ESHRE)، گفت: «ویرایش ژن پتانسیل اصلاح ژن‌های معیوب را دارد، فرآیندی که معمولاً انجام می‌شود. یافته‌های جدید ما هشداری را ارائه می‌کند که فناوری‌های رایج ویرایش ژن اگر روی جنین‌های انسان اعمال شوند،ممکن است عواقب ناخواسته و بالقوه خطرناکی داشته باشند،  او در این نشست چگونگی استفاده از ابزار ویرایش ژن CRISPR-Cas9 را برای برش و جایگزینی بخش‌هایی از DNA در سلول‌های اولیه جنین ارزیابی کرد.

ویرایش ژنوم در جنین انسان

در جنین‌های انسانی، CRISPR/Cas9 اغلب در طول لقاح به یک جنین تک سلولی (زیگوت) یا تخمک وارد می‌شود، اما نتایج ویرایش چندین روز بعد در یک جنین 4-8 سلولی ارزیابی می‌شود. یک مسئله رایج که در اکثر جنین‌های پستانداران ویرایش شده مشاهده می‌شود، ایجاد یک جنین موزاییک است، زمانی که یک جنین حاوی بلاستومرهای خواهر با تغییرات هدف متفاوت است. این نشان می‌دهد که اثر CRISPR/Cas9 و ترمیم واقعی احتمالاً به تأخیر می‌افتد و پس از تقسیم زیگوتیک، در جنین‌های مرحله 2 یا 4 سلولی رخ می‌دهد. اگر سلول‌های یک جنین چند سلولی برای استخراج و تعیین توالی DNA با هم ترکیب شوند، موزائیسم تجزیه و تحلیل نتایج ویرایش را پیچیده می‌کند. حتی توالی یابی عمیق DNA ادغام شده از یک جنین ممکن است انواع مختلفی از ویرایش‌های هدف را نشان دهد. بنابراین ویرایش ژن در این مراحل جنین دشوار است.

مضرات ویرایش ژن انسان با استفاده از CRISPR-Cas9

 نتایج ما نشان می‌دهد که استفاده از CRISPR-Cas9 در جنین‌های اولیه انسان خطرات قابل‌توجهی دارد. ما دریافته‌ایم که DNA سلول‌های جنینی را می‌توان با کارایی بالا هدف قرار داد، اما متأسفانه این امر به ندرت منجر به تغییرات مورد نیاز برای اصلاح یک ژن معیوب می‌شود. اغلب، رشته DNA به طور دائمی شکسته می‌شود، که به طور بالقوه می‌تواند منجر به ناهنجاری‌های ژنتیکی اضافی در جنین شود. استفاده از ویرایش ژن در کودکان و بزرگسالان مبتلا به بیماری‌های ناشی از جهش‌های ژنی مانند فیبروز کیستیک، سرطان و بیماری سلول داسی شکل آغاز شده است. اگر بتوان روی جنین‌ها قبل از لانه گزینی در رحم، ویرایش ژن را انجام داد، از بسیاری از اختلالات ارثی جلوگیری کرد، زیرا این تنها مرحله تکوینی است که می‌توان تضمین کرد که فناوری CRISPR-Cas9 به تمام سلول‌های جنین برسد. با این حال، از آنجایی که پتانسیل ایجاد تغییراتی در ژنوم انسان دارد که نسل‌ها به نسل‌ها منتقل می‌شود، و به دلیل عدم اطمینان در مورد ایمنی آن، استفاده از آن در جنین در حال حاضر در اکثر کشورهای جهان ممنوع است .

بررسی کارایی CRISPR-Cas9  برای ویرایش ژن معیوب در جنین‌های انسان

دکتر کوبیکووا گفت: «شکاف های قابل توجهی در دانش ما هنوز باقی مانده است. ما می‌خواستیم ارزیابی کنیم که آیا CRISPR-Cas9 می‌تواند روشی مؤثر برای اصلاح اشتباهات ژنتیکی در جنین‌های انسان باشد و روشن کنیم که آیا استفاده از چنین روش‌هایی بی‌خطر است یا خیر. در یک مطالعه تایید شده از نظر اخلاقی، دکتر Kubikova و همکارانش تخمک های اهدایی را با اسپرم اهدایی با استفاده از تزریق داخل سیتوپلاسمی اسپرم (ICSI) برای ایجاد 84 جنین بارور کردند. در 33 مورد از جنین ها، آنها از CRISPR-Cas9 برای ایجاد شکاف در دو رشته تشکیل دهنده مولکول DNA استفاده کردند که به شکستگی دو رشته ای DNA معروف است. دکتر Kubikova گفت: ما از CRISPR برای هدف قرار دادن مناطقی از DNA که حاوی هیچ ژنی نیستند استفاده کردیم. این به این دلیل است که ما می‌خواستیم یاد بگیریم که چگونه CRISPR روی سلول‌های جنین و DNA آنها تأثیر می‌گذارد و تغییرات ناشی از اختلال در یک ژن خاص، حواسمان را پرت نکند. در این روش از 51 جنین باقی مانده به عنوان شاهد نگهداری شدند.

مکانیسم ترمیم DNA آسیب دیده

تمام سلول‌های بدن مکانیسم‌های بسیار کارآمدی برای ترمیم آسیب‌هایی دارند که روی DNA آن‌ها تأثیر می‌گذارند. در بیشتر موارد، انتهای رشته‌های DNA شکسته به سرعت دوباره به هم متصل می‌شوند. این بسیار مهم است، زیرا تداوم آسیب DNA ترمیم نشده سلول‌ها را به درستی کار نمی‌کند و می‌تواند متداول‌ترین روشی که سلول‌ها DNA را ترمیم می‌کنند، اتصال مجدد دو سر رشته DNA است، اگرچه زمانی که این اتفاق می‌افتد معمولاً چند حرف از کد ژنتیکی در محلی که رشته‌ها دوباره به هم متصل می‌شوند حذف یا تکرار می‌شوند. این فرایند می‌تواند عملکرد ژن‎ها را مختل کند و اجازه ندهد جهش‌ها اصلاح شوند. این به عنوان اتصال انتهایی غیر همولوگ شناخته می‌شود. یکی دیگر از راه‌هایی که سلول‌ها می‌توانند شکستگی در DNA را ترمیم کنند، استفاده از یک کپی سالم از ناحیه آسیب‌دیده به عنوان الگو، کپی کردن آن و جایگزینی ناحیه آسیب‌دیده در حین انجام این کار است. این امکان وجود دارد که سلول‌ها را با تکه‌هایی از DNA حاوی کمی حاوی DNA تامین کنیم. توالی‌های DNA تغییر یافته، مانند داشتن یک توالی طبیعی به جای جهش. سپس سلول ممکن است از این الگوها برای ترمیم شکست ایجاد شده توسط CRISPR، حذف قطعه شکسته DNA و کپی کردن بقیه توالی ارائه شده در همان زمان استفاده کند. این به عنوان تعمیر همسانی شناخته می شود و فرآیندی است که برای اصلاح یک جهش لازم است."

یافته‌های حاصل از این مطالعه

محققان تغییراتی را در سایت‌های هدف DNA در 24 جنین از 25 جنین شناسایی کردند که نشان می‌دهد CRISPR در سلول‌های جنین انسان بسیار کارآمد است. با این حال، تنها نه درصد از سایت‌های هدف با استفاده از فرآیند مفید بالینی تعمیر مبتنی بر همولوژی تعمیر شدند. پنجاه و یک درصد از رشته‌های شکسته DNA تحت اتصال انتهایی غیر همولوگ قرار گرفتند که در آن رشته‌ها جهش ایجاد کردند. 40 درصد باقی مانده از رشته‌های شکسته DNA ترمیم نشدند. شکستگی‌های ترمیم نشده در رشته‌های DNA در نهایت منجر به تکه‌های بزرگ کروموزوم شد که از محل شکستگی تا انتهای کروموزوم امتداد یافته که در نهایت آنها نیز از بین می‌روند و یا تکثیر می‌شوند. ناهنجاری‌هایی از این نوع بر روی زنده ماندن جنین‌ها تأثیر می‌گذارد و اگر جنین‌های آسیب دیده به رحم منتقل شوند و نوزادی تولید شوند، خطر ناهنجاری‌های مادرزادی جدی را به همراه خواهند داشت.

ترمیم مبتنی بر همولوژی در جنین‌های اولیه انسان

"مطالعه ما نشان می‌دهد که ترمیم مبتنی بر همولوژی در جنین های اولیه انسان نادر است و در چند روز اول زندگی، سلول‌های جنین انسان برای ترمیم رشته‌های شکسته DNA تلاش می‌کنند. CRISPR-Cas9 به طور قابل توجهی در هدف قرار دادن محل DNA کارآمد بود. زیرا اکثر سلول‌ها شکستگی DNA ناشی از CRISPR را با استفاده از اتصال انتهایی غیر همولوگ را ترمیم کردند، فرآیندی که به جای اصلاح جهش‌های موجود، جهش‌های اضافی را معرفی می‌کند. اگر تلاش‌هایی برای استفاده از CRISPR-Cas9 برای اصلاح اختلالات ارثی انجام شود، این یک چالش بسیار مهم خواهد بود.. "در حالی که نتایج در مورد استفاده از ویرایش ژنوم در جنین انسان هشدار می‌دهد، یافته‌های مثبتی نیز وجود دارد که نشان می‌دهد که می‌توان خطرات را کاهش داد و توانایی حذف موفقیت آمیز جهش‌ها را با اصلاح روش ویرایش ژنوم افزایش داد.

امید به پیشرفت‌های آینده در فناوری

"به طور متوسط، تنها حدود یک چهارم جنین‌های ایجاد شده با استفاده از IVF موفق به تولید نوزاد می‌شوند. نیمی از آنها قبل از انتقال به رحم، رشد خود را در آزمایشگاه متوقف می‌کنند. ناتوانی جنین‌ها در ترمیم موثر آسیب DNA، که توسط این مطالعه نشان داده شده است ، ممکن است توضیح دهد که چرا برخی از جنین‌های IVF رشد نمی‌کنند. این درک ممکن است منجر به بهبود درمان‌های IVF شود." اکنون، محققان به دنبال راه‌های جدیدی برای محافظت از جنین‌های اولیه در برابر آسیب DNA هستند که می‌تواند منجر به بهبودهای بالقوه در درمان‌های باروری شود. آنها همچنین قصد دارند روش‌های ملایم‌تری را برای ویرایش ژن کشف کنند که از شکستن رشته‌های DNA جلوگیری می‌کند، که ممکن است جنین‌ها راحت‌تر با آن کنار بیایند.

من فکر می‌کنم این احتمال وجود دارد که ویرایش ژن در برخی مواقع در آینده به ابزار مفیدی برای جلوگیری از تولد نوزادان با بیماری‌های ژنتیکی جدی در تعداد محدودی از مواردی که آزمایش‌های ژنتیکی قبل از لانه گزینی اعمال نمی‌شود، تبدیل شود. با این حال، این تحقیق یکی از راه‌هایی را نشان می‌دهد که ممکن است به اشتباه نیز برود. زیرا مدتی طول می‌کشد تا بتوانیم مطمئن شویم که آیا واقعاً می‌دانیم چگونه بدون هیچ گونه غافلگیری ناخواسته و غیرمنتظره ای با موفقیت از آن استفاده کنیم. بنابراین استفاده از این روش به مقررات سختگیرانه نیاز دارد. در این میان، تحقیقات دقیقی مانند این ما را یک قدم نزدیک‌تر می‌آورد و همچنین ممکن است به درک چگونگی بهبود درمان‌های کمک باروری کمک کند."

پایان مطلب/.