به گزارش پایگاه اطلاع ر سانی بنیان، یکی از روش‌های اثبات شده برای ردیابی علل ژنتیکی بیماری‌ها، حذف یک ژن در حیوانات و بررسی پیامدهای آن برای ارگانیسم است. مشکل این است که برای بسیاری از بیماری‌ها، آسیب شناسی توسط ژن‌های متعدد تعیین می‌شود. این امر تعیین میزان دخالت هر یک از ژن‌ها در این بیماری را برای دانشمندان بسیار دشوار می‌کند. برای انجام این کار، آنها باید آزمایش‌های زیادی روی حیوانات انجام دهند. در همین راستا محققان به سرپرستی راندال پلات، پروفسور مهندسی بیولوژیک در گروه علوم و مهندسی بیوسیستم در ETH زوریخ در بازل، اکنون روشی را توسعه داده‌اند که تحقیقات در مورد حیوانات آزمایشگاهی را بسیار ساده و سرعت می‌بخشد: با استفاده از قیچی ژن CRISPR-Cas، آنها به طور همزمان چندین تغییر ژن در سلول‌های یک حیوان ایجاد می‌کند، بسیار شبیه به ایجاد موزاییکی از سلول‌های با تنوع ژنتیکی متفاوت این گروه توانستند سلول‌های مختلف درون یک اندام را به روش‌های متفاوتی تغییر دهند. سپس توانستند سلول‌های منفرد را به طور دقیق تجزیه و تحلیل کنند. این کار محققان را قادر می سازد تا پیامدهای بسیاری از تغییرات ژنی مختلف را در یک آزمایش مطالعه کنند.

اولین بار در حیوانات بالغ

مجموعه رو به رشد واریانت‌های ژنتیکی مرتبط با آسیب شناسی‌های انسانی، روش‌های جدید با کارایی بالا را برای مطالعه روابط ژنوتیپ- فنوتیپ در بافت‌های پیچیده می طلبد. در همین راستا برای اولین بار، محققان ETH زوریخ توانستند با موفقیت این رویکرد را در حیوانات زنده (به ویژه در موش‌های بالغ ) به کار بگیرند. مقاله این کار در Nature منتشر شده است. این درحالی است که سایر دانشمندان قبلاً رویکرد مشابهی را برای سلول‌های کشت داده شده و یا جنین حیوانات ایجاد کرده بودند. در این روش برای «اطلاع دادن» به سلول‌های موش در مورد اینکه قیچی ژن CRISPR-Cas باید کدام ژن‌ها را از بین ببرد، محققان از ویروس مرتبط با آدنو (AAV) استفاده کردند، یک استراتژی انتقال که می‌تواند هر عضوی را هدف قرار دهد. آنها ویروس‌ها را به گونه ای آماده کردند که هر ذره ویروس اطلاعاتی را برای از بین بردن یک ژن خاص حمل کند، سپس موش‌ها را با مخلوطی از ویروس‌ها آلوده کردند که حاوی دستورالعمل‌های مختلف برای تخریب ژن هستند. به این ترتیب آنها توانستند ژن‌های مختلف را در سلول‌های یک اندام خاموش کنند. آنها برای این مطالعه مغز را انتخاب کردند.

توسعه تشخیص و درمان‌های جدید برای بیماری‌های پیچیده ژنتیکی

پیشرفت‌ها در روش‌های غربالگری تک سلولی با CRISPR، امکان مطالعه روابط پیچیده ژنوتیپ-فنوتیپ را به شیوه‌ای با کارایی بالا ممکن می‌سازد. برای این کار ترکیبی از کتابخانه‌های CRISPR ادغام شده، تحویل لنتی ویروسی و omics تک سلولی در شرایط آزمایشگاهی برای مطالعه تاکردن اشتباه پروتئین ، تنظیم ژن  و ایمنی  در داخل بدن لازم است. اگرچه این تلاش‌ها اساساً توانایی ما را برای بررسی شبکه‌های ژنتیکی زیربنای فرآیندهای پیچیده سلولی تغییر می‌دهد، ولی روش‌های فعلی به کاربردهای آزمایشگاهی بسیار محدودی از نقاط زمانی کلیدی تکوین بافت‌ها و انواع سلول‌هایی که منجر به عفونت لنتی‌ویروسی در داخل بدن می‌شوند، محدود شده‌اند. بنابراین یک چارچوب کلی برای نمایشگرهای تک سلولی مستقیم in vivo با کاربرد گسترده، به فوریت مورد نیاز بئذه است تا امکان بررسی کلی فهرستی از آلل‌های خطر مرتبط با بیماری در سلول‌ها و بافت‌های مرتبط با بیماری را فراهم کند.

کشف ژن‌های بیماری زای جدید

با استفاده از این روش، محققان ETH زوریخ به همراه همکارانش از دانشگاه ژنو به سرنخ‌های جدیدی از یک اختلال ژنتیکی نادر در انسان‌ها به نام سندرم حذف 22q11.2 دست یافتند. بیماران مبتلا به این بیماری علائم مختلفی را نشان می‌دهند که معمولاً با سایر بیماری‌ها مانند اسکیزوفرنی و اختلال طیف اوتیسم تشخیص داده می‌شود. پیش از این مشخص شده بود که 106 ژن مسئول این بیماری است. همچنین مشخص شد که این بیماری با چندین ژن مرتبط است، با این حال، مشخص نشد که کدام یک از ژن‌ها در بیماری نقش دارند. محققان برای  شروع مطالعه خود بر روی موش‌ها، روی 29 ژن از این ناحیه کروموزومی که در مغز موش نیز فعال هستند، تمرکز کردند. در هر سلول مغز موش، آنها یکی از این 29 ژن را اصلاح کردند و سپس پروفایل‌های RNA آن سلول‌های مغزی را تجزیه و تحلیل کردند. دانشمندان توانستند نشان دهند که سه مورد از این ژن‌ها تا حد زیادی مسئول اختلال در عملکرد سلول‌های مغز هستند. علاوه بر این، آنها الگوهایی را در سلول‌های موش پیدا کردند که یادآور اختلالات طیف اسکیزوفرنی و اوتیسم است. در میان این سه ژن، یکی از آنها قبلا شناخته شده بود، اما دو ژن دیگر قبلاً مورد توجه علمی زیادی قرار نگرفته بودند. António Santinha ، دانشجوی دکترا در گروه Platt و نویسنده اصلی این مطالعه می‌گوید: اگر بدانیم کدام ژن‌ها در یک بیماری فعالیت غیرطبیعی دارند، می‌توانیم داروهایی تولید کنیم که این ناهنجاری را جبران کند.

درمان اختلالات ژنتیکی متشکل از ژن‌های متعدد

این روش همچنین برای مطالعه سایر اختلالات ژنتیکی مناسب است. سانتینا می‌گوید: «در بسیاری از بیماری‌های مادرزادی، ژن‌های متعدد نقش دارند، نه تنها یک ژن». این موضوع در مورد بیماری‌های روانی مانند اسکیزوفرنی نیز صدق می‌کند. روش ما اکنون به ما امکان می‌دهد چنین بیماری‌ها و علل ژنتیکی آنها را مستقیماً در حیوانات کاملاً رشد یافته مطالعه کنیم.» تعداد ژن‌های اصلاح شده را می‌توان از 29 ژن فعلی به چند صد ژن در هر آزمایش افزایش داد. سانتینا می‌گوید: «این یک مزیت بزرگ است که اکنون می‌توانیم این تجزیه و تحلیل‌ها را در موجودات زنده انجام دهیم، زیرا سلول‌ها در کشت سلولی رفتار متفاوتی با نحوه عملکردشان به عنوان بخشی از بدن زنده دارند.» مزیت دیگر این است که دانشمندان می‌توانند به سادگی AAV ها را به جریان خون حیوانات تزریق کنند. AAV های مختلفی با ویژگی های عملکردی متفاوت وجود دارد. در این مطالعه محققان از ویروسی استفاده کردند که وارد مغز حیوانات می‌شود. Santinha می‌گوید: «بسته به آنچه که می‌خواهید بررسی کنید، می‌توانید از AAVهایی که سایر اندام‌ها را هدف قرار می‌دهند نیز استفاده کنید. ETH Zurich برای ثبت اختراع این فناوری درخواست داده است. اکنون محققان می‌خواهند ازاین روش که در حال ایجاد آن هستند در حیوانات دیگر هم استفاده کنند.

اختلال در ژنوم

تکنیک ارائه شده در اینجا یکی از یک سری روش‌های جدید ویرایش ژنتیکی است که برای تغییر ژنوم سلول‌ها به شیوه ای موزاییک مانند استفاده می‌شود. ویرایشگر CRISPR اصطلاح فنی برای این رویکرد تحقیقاتی است که شامل ویرایش ژنوم با استفاده از قیچی ژن CRISPR-Cas است. این رویکرد در حال حاضر انقلابی در پژوهش در علوم زیستی ایجاد کرده است. این امکان به دست آوردن اطلاعات زیادی از یک آزمایش علمی را فراهم می‌کند. در نتیجه، این رویکرد دارای پتانسیل تسریع تحقیقات زیست پزشکی، مانند جستجوی علل مولکولی بیماری‌های پیچیده ژنتیکی است. یک هفته پیش، یک گروه تحقیقاتی دیگر از گروه علوم و مهندسی بیوسیستم در ETH زوریخ در بازل، که با تیمی از وین کار می‌کردند، مطالعه‌ای را منتشر کردند که در آن از ویرایشگر CRISPR را در ارگانوئیدها اعمال کردند.

استفاده از CRISPR در حیوانات و در ارگانوئیدها

ارگانوئیدها کروی‌های میکروبافتی هستند که از سلول‌های بنیادی رشد می‌کنند و ساختاری مشابه اندام‌های واقعی دارند - به عبارت دیگر، آنها نوعی اندام مینیاتوری هستند. آنها یک روش تحقیقاتی بدون حیوانات هستند که مکمل تحقیقات روی حیوانات هستند. از آنجا که هر دو روش  ویرایش با CRISPR در حیوانات و در ارگانوئیدها – می‌توانند اطلاعات بیشتری را با آزمایش های کمتر ارائه دهند، هر دو پتانسیل این را دارند که در نهایت تعداد آزمایش‌های حیوانی را کاهش دهند.

پایان مطلب/.