به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، دانشمندان دانشگاه سیدنی یک ابزار ویرایش ژن با دقت و‌انعطاف پذیری بیشتر نسبت به استاندارد فعلی، CRISPR ایجاد کرده‌اند که مهندسی ژنتیک را در پزشکی، کشاورزی و بیوتکنولوژی متحول کرده است. SeekRNA از یک رشته اسید ریبونوکلئیک (RNA) قابل برنامه ریزی استفاده می‌کند که می‌تواند به طور مستقیم مکان‌هایی را برای درج در توالی‌های ژنتیکی شناسایی کند، فرآیند ویرایش را ساده کرده و خطاها را کاهش می‌دهد. ابزار جدید ویرایش ژن توسط تیمی‌به رهبری دکتر ساندرو عطاید در دانشکده علوم زیستی و محیطی در حال توسعه است. یافته‌های ‌آن‌ها در نشریه Nature Communications منتشر شده است.

پیش زمینه

فناوری ویرایش ژنوم که ویرایش ژن نیز نامیده می‌شود، گروهی از فناوری‌ها است که به دانشمندان توانایی تغییر DNA یک موجود را می‌دهد. این فناوری‌ها اجازه می‌دهند تا مواد ژنتیکی در مکان‌های خاصی از ژنوم اضافه، حذف یا تغییر داده شوند. چندین رویکرد برای ویرایش ژنوم ایجاد شده است. یکی از معروف‌ترین‌آن‌ها CRISPR-Cas9 نامیده می‌شود که مخفف تناوب‌های کوتاه پالیندروم فاصله‌دار منظم خوشه‌ای و پروتئین ۹ مرتبط با CRISPR است.  CRISPR-Cas9 از یک سیستم ویرایش ژنوم طبیعی اقتباس شده است که باکتری‌ها از ‌آن‌ به عنوان دفاع ایمنی استفاده می‌کنند. هنگامی‌که باکتری‌ها با ویروس‌ها آلوده می‌شوند، قطعات کوچکی از DNA ویروس‌ها را می‌گیرند و‌آن‌ها را با الگوی خاصی در DNA خود وارد می‌کنند تا بخش‌هایی به نام آرایه‌های CRISPR ایجاد کنند. آرایه‌های CRISPR به باکتری‌ها این امکان را می‌دهد که ویروس‌ها یا ویروس‌های مرتبط و مشابه را به خاطر بسپارند. اگر ویروس‌ها دوباره حمله کنند، باکتری‌ها  قطعات RNA را از آرایه‌های CRISPR تولید می‌کنند که مناطق خاصی از DNA ویروس‌ها را شناسایی کرده و به ‌آن‌متصل می‌شوند. سپس باکتری‌ها از Cas9 یا یک‌ آنزیم مشابه برای جدا کردن DNA استفاده می‌کنند که ویروس را از کار می‌اندازد. محققان این سیستم دفاعی ایمنی را برای ویرایش DNA تطبیق دادند.‌ آن‌ها یک قطعه کوچک از RNA را با یک توالی راهنما کوتاه ایجاد می‌کنند که به یک توالی هدف خاص در DNA سلول متصل می‌شود مانند بخش‌های RNA که باکتری‌ها از آرایه CRISPR تولید می‌کنند. این RNA راهنما به آنزیم Cas9 نیز متصل می‌شود. هنگامی‌که RNA راهنما به سلول وارد می‌شود، توالی DNA مورد نظر را تشخیص می‌دهد و ‌آنزیم Cas9، DNA را در محل مورد نظر برش می‌دهد. هنگامی که DNA بریده شد، محققان از ماشین آلات ترمیم DNA خود سلول برای افزودن یا حذف قطعاتی از مواد ژنتیکی یا ایجاد تغییراتی در DNA با جایگزینی یک بخش موجود با یک توالی DNA سفارشی استفاده می‌کنند.

SeekRNA

دکتر عطاید گفت: "ما به شدت از پتانسیل این فناوری هیجان زده هستیم. توانایی SeekRNA برای هدف قرار دادن‌انتخاب با دقت و ‌انعطاف پذیری، زمینه را برای عصر جدیدی از مهندسی ژنتیک فراهم می‌کند و از محدودیت‌های فناوری‌های فعلی فراتر می رود. با CRISPR برای داشتن یک ابزار برش و چسباندن به اجزای اضافی نیاز دارید، در حالی که وعده SeekRNA این است که یک ابزار برش و چسباندن مستقل با دقت بالاتر است که می‌تواند طیف وسیعی از ابزارها را برای توالی یابی DNA ارائه دهد.." CRISPR متکی بر ایجاد شکاف در هر دو رشته DNA هدف، کد ژنتیکی دو مارپیچ حیات است و برای وارد کردن توالی DNA جدید به پروتئین‌های دیگر یا ماشین‌های ترمیم DNA نیاز دارد. این می‌تواند باعث ایجاد خطا شود. دکتر عطاید گفت: "SeekRNA می‌تواند دقیقاً محل هدف را شکافته و توالی DNA جدید را بدون استفاده از هیچ پروتئین دیگری وارد کند. این امکان ابزار ویرایش بسیار تمیزتر با دقت بالاتر و خطاهای کمتر را فراهم می‌کند." از زمان توسعه CRISPR در بیش از 10 سال پیش، ویرایش ژن زمینه‌های کاملاً جدیدی از تحقیق و کاربرد را باز کرده است. این منجر به بهبود مقاومت در برابر بیماری در میوه‌ها و محصولات شده است، هزینه و سرعت تشخیص بیماری‌های ‌انسانی را کاهش داده است، به جستجوی درمانی برای بیماری سلول داسی شکل کمک کرده و امکان توسعه درمان‌ انقلابی سرطان به نام سلول درمانی (CAR) T را فراهم کرده است. پروفسور روث‌هال، نویسنده مشترک از دانشگاه سیدنی ، گفت: "ما در روزهای اولیه کاری هستیم که ویرایش ژن می‌تواند‌ انجام دهد. امیدواریم با توسعه این رویکرد جدید برای ویرایش ژن، بتوانیم به پیشرفت در سلامت، کشاورزی و بیوتکنولوژی کمک کنیم."

هدف گیری ژنتیکی دقیق

SeekRNA از خانواده‌ای از توالی‌های درج طبیعی به نام‌های IS1111 و IS110 مشتق شده است که در باکتری‌ها و آرکی باکتری‌ها (سلول‌های بدون هسته) کشف شده‌اند. اکثر پروتئین‌های توالی درج، گزینش‌پذیری هدف کمی‌دارند یا اصلاً‌ انتخاب نمی‌شوند، با این حال این خانواده‌ها ویژگی هدف بالایی را نشان می‌دهند. این دقتی است که SeekRNA تا به امروز برای دستیابی به نتایج امیدوارکننده خود استفاده کرده است. با استفاده از دقت این خانواده توالی درج، SeekRNA را می‌توان به هر توالی ژنومی‌تغییر داد و DNA جدید را در جهت گیری دقیق وارد کرد. دکتر عطاید گفت: "در آزمایشگاه ما SeekRNA را با موفقیت در باکتری‌ها آزمایش کردیم. گام‌های بعدی ما بررسی این موضوع است که آیا این فناوری می‌تواند برای سلول‌های یوکاریوتی پیچیده‌تر موجود در‌انسان تطبیق داده شود." مزیت سیستم گزارش‌شده در این مطالعه این است که می‌توان ‌آن‌ را تنها با استفاده از یک پروتئین منفرد با‌اندازه متوسط ​​به‌علاوه یک رشته SeekRNA کوتاه، برای جابجایی مؤثر محموله‌های ژنتیکی به کار برد. SeekRNA از یک پروتئین کوچک متشکل از 350 اسید آمینه و یک رشته RNA بین 70 تا 100 نوکلئوتید تشکیل شده است. سیستمی‌با این ‌اندازه را می‌توان در وسایل حمل و نقل در مقیاس نانو بیولوژیکی (وزیکول‌ها یا نانوذرات لیپیدی) برای تحویل به سلول‌های مورد نظر بسته بندی کرد.

درج مستقیم به DNA

یکی دیگر از نکات تمایز، توانایی این فناوری برای قرار دادن توالی‌های DNA در مکان مورد نظر به تنهایی است، شاهکاری که با بسیاری از ابزارهای ویرایش فعلی امکان پذیر نیست. رضوان صدیق، محقق دانشگاه سیدنی و نویسنده اصلی مقاله، گفت:" فناوری فعلی CRISPR دارای محدودیت‌هایی در‌اندازه توالی‌های ژنتیکی قابل معرفی است. این دامنه کاربرد را محدود می‌کند." در سطح جهانی، تیم‌های دیگر تحقیقات مشابهی را در زمینه پتانسیل ویرایش ژن خانواده IS1111 و IS110 دنبال می‌کنند. با این حال، دکتر عطاید می‌گوید که ‌آن‌ها فقط برای یک عضو از خانواده IS110 نتایج را نشان داده‌اند و بر یک نسخه RNA بسیار بزرگتر تکیه می‌کنند. تیم سیدنی در حال پیشرفت تکنیک خود از طریق نمونه‌برداری مستقیم آزمایشگاهی و استفاده از خود SeekRNA کوتاه‌تر است.

پایان مطلب./