به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، تکنیک جدید ویرایش ژن CRISPR تغییرات دقیق DNA را در ژنوم یک موجود زنده امکان پذیر می‌کند. توسعه آن در چند سال گذشته به طور قابل توجهی مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی را پیشرفته کرده است. با این حال، خطرات و مسائل خاصی را نیز به همراه دارد.

هدفگیری توالی خارج از هدف و ایجاد موزاییک

اثرات خارج از هدف، که در آن پروتئین Cas9 ممکن است ناخواسته DNA را در مکان‌های مشابه با توالی هدف را قطع کند، یکی از نگرانی‌های اصلی CRISPR است. زیرا این اشتباه در هدفگیری می‌تواند منجر به جهش‌های ناخواسته در ژنوم شود که در ادامه می‌تواند عواقب مضری از جمله ظهور بیماری‌های جدید داشته باشد. در برخی موارد نیز ممکن است همه سلول‌های موجود در یک ارگانیسم یا بافت، تحت درمان با ویرایش ژن مورد نظر قرار نگیرند، بنابراین همین کار منجر به ایجاد موزائیسم می‌شود، وضعیتی که در آن فرد دارای دو یا چند مجموعه از سلول‌های ژنتیکی متفاوت در بدن خود می‌شود. از آنجایی که برخی از سلول‌ها دارای تغییرات ژنتیکی مورد نظر هستند در حالی که برخی دیگر اینگونه نیستند، این تنوع ژنتیکی ایجاد شده می‌تواند استفاده از برخی روش‌های درمانی را دشوارتر کند.

چالش‌های کار با سیستم CRISPR Cas9

همچنین انتقال موثر اجزای CRISPR Cas9 و RNA هدایت کننده(RNA راهنما قطعه ای از RNA است که توسط محققان برای استفاده از Cas9 برای ویرایش ژن طراحی شده است.) این سیستم به سلول‌ها یا بافت‌های هدف می‌تواند چالش برانگیز باشد. زیرا برای بسیاری از اهداف، ممکن است تکنیک‌های تحویل چندگانه‌ای لازم باشد. در نهایت، این احتمال وجود دارد که وقتی از CRISPR برای ژن درمانی در افراد استفاده می‌شود، سیستم ایمنی پروتئین Cas9 را با چیزی خارجی اشتباه گرفته و یک واکنش ایمنی‌شناختی ایجاد می‌کند که می‌تواند میزان مؤثر بودن درمان را محدود کند. ژائو در ادامه توضیح داد که سیستم‌های مبتنی بر CRISPR برای عملکرد به یک RNA راهنما وابسته هستند، که ممکن است هنگام ویرایش DNA در هسته سلول مشکلی ایجاد نکند، اما زمانی که DNA را در کلروپلاست گیاه یا میتوکندری انسان میفرستیم به مشکل برمی‌خورد.

معرفی ویرایش‌گر پروتئینی zinc fingers

ویرایش zinc fingersیکی از این روش هاست که می‌تواند ژن‌ها را تغییر داده و تنظیم کند. zinc fingersیکی از رایج ترین انواع ساختارهای پروتئینی در بدن است. آن‌ها می‌توانند با گرفتن آنزیم‌هایی که شبیه قیچی هستند، ترمیم DNA را هدایت کنند و به آن‌ها بگویند قسمت‌های اشتباه کد را برش دهند. در صورت ناآگاهی، zinc fingersیک "موتیف" ساختاری پروتئینی کوچک است که با هماهنگی یک یا چند یون روی توسط گروهی از بقایای اسید آمینه مشخص می‌شود. zinc fingers معمولا از چندین ورقه بتا و مارپیچ آلفا تشکیل شده اند و باقی مانده‌های سیستئین و هیستیدین، یون‌های روی را در کنار هم نگه می‌دارند. آنها در پروتئین‌های مختلف از جمله فاکتورهای رونویسی، پروتئین‌های متصل شونده به DNA و آنزیم‌ها یافت می‌شوند. آنها برای بسیاری از فرآیندهای بیولوژیکی مانند ترمیم DNA، کنترل نحوه عملکرد ژن‌ها و تعامل با پروتئین‌های دیگر ضروری هستند. zinc fingersمی‌تواند به فاکتورهای رونویسی متصل شود و آنها را به سمت ناحیه ای از ژن که نیاز به تنظیم دارد بکشاند. مهندسان ژنتیک می‌توانند فعالیت هر ژن را با تغییر این دستورالعمل‌ها تنظیم کنند. با این حال، این واقعیت که ساخت zinc fingers مصنوعی که بتواند کار خاصی را انجام دهد، سخت است، بدین خاطر این خود یک نقطه ضعف است. محققان باید بتوانند از میان تعداد زیادی از ترکیبات ممکن، چگونگی تعامل هر zinc fingersبا همسایه خود را برای ایجاد هر تغییر ژنتیکی مورد نظر، دریابند. این به این دلیل است که این پروتئین‌ها به روش‌های پیچیده ای به DNA متصل می‌شوند، بنابراین آنها باید نحوه تعامل هر zinc fingersبا همسایه خود را دریابند. ایچیکاوا می‌گوید که ویرایش zinc fingers می‌تواند جایگزین ایمن تری برای CRISPR باشد، یک فناوری کلیدی ویرایش ژن که می‌تواند برای یافتن راه‌های جدید برای کشتن سلول‌های سرطانی و تولید محصولات بیشتر مورد استفاده قرار گیرد. لازم به ذکر است که تکرار پالیندرومیک کوتاه خوشه‌ای به‌طور منظم بین‌فاصله یا CRISPR از پروتئین‌های باکتری‌ها برای تعامل با کد ژنتیکی استفاده می‌کند، در حالی که انگشت‌های روی فقط توسط انسان ساخته می‌شوند. نویسندگان فکر می کنند ابزارهای zinc fingers ممکن است برای ژن درمانی مفیدتر از CRISPR باشند زیرا کوچکتر هستند و خطر کمتری برای سیستم ایمنی بدن ایجاد می کنند. این به این دلیل است که راه های بیشتری برای رساندن این ابزار به سلول‌های هدف در بیمار وجود دارد.

استفاده از رویکرد مبتنی بر پروتئینی جدید

دانشمندان مؤسسه ژنتیک و زیست شناسی تکاملی آکادمی علوم چین ادعا می‌کنند که برخی از این مشکلات را می‌توان با CyDENT حل کرد. این به این دلیل است که این ابزار جدید این ظرفیت را دارد که بدون هیچ گونه برشی، ویرایش ژن خاص رشته را انجام دهد. کوین ژائو، یکی از نویسندگان این مطالعه و یکی از بنیان‌گذاران Qi Biodesign مستقر در سوژو، گفت که برای دسترسی بهتر به ژنوم‌های سلولی سخت‌در دسترس، CyDENT با استفاده از یک "رویکرد مبتنی بر پروتئین" ایجاد شد که بر اساس آن یک سیگنال پروتئینی برای حمل ویرایشگر در داخل، بدون نیاز به یک RNA راهنما عمل می‌کند. ژائو به SCMP گفت، اگرچه تحقیقات بیشتری برای اطمینان از ایمنی و اثربخشی رویکرد جدید در درمان‌های انسانی باید انجام شود، این ابزار قبلاً نوید بزرگی را برای مطالعه DNA غیرقابل ویرایش قبلی نشان داده است.

ایجاد انقلابی در پزشکی، کشاورزی و بیوتکنولوژی

این تیم اکنون برنامه‌های بلندپروازانه‌ای برای "شروع کاوش" در مورد آنچه می‌توانند در کلروپلاست‌های گیاهی انجام دهند، دارند. اگر محققین واقعاً شکل برتری از ویرایش ژن را مهندسی کرده باشند، پس این رویکرد پتانسیل ایجاد انقلابی در پزشکی، کشاورزی و بیوتکنولوژی را دارد. با این حال، مانند همه چیزهایی که ژن‌ها را تغییر می‌دهند، احتیاط و نظارت زیادی لازم است. به همین خاطر لازم است چالش‌ها و نگرانی‌های مربوط به تکنیک جدید ابتدا باید از طریق تحقیقات دقیق، دستورالعمل‌های اخلاقی و مقررات مسئولانه بررسی شوند.

پایان مطلب/.