به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، شواهدی از تاثیر باکتری‌های باستانی در تغییر رنگ سنگ‌ها وجود دارد. یک آنزیم احیا شده از چنین باکتری تاریخی می‌تواند سیستم‌های ویرایش ژن را تقویت کند. کشف CRISPR به عنوان سیستم ایمنی باکتری‌ها و توانایی آن در برش DNA، انقلابی در ویرایش ژن‌ها آغاز کرد که از حدود سال 2012 شروع شد. CRISPR دو جزء دارد: RNA راهنما و نوکلیاز. RNA نوکلیاز را به سایت‌های مشابه در سرتاسر ژنوم می‌آورد و نوکلیاز DNA را در این سایت‌ها برش می‌زند. این می‌تواند ژن‌ها را مختل یا توالی‌ها را جایگزین کند. جابالرا گفت: «ما می‌توانیم نسل بعدی ویرایشگرهای ژنوم را کاتالیز کنیم.» تیم می‌خواهد توانایی آنزیم را در اصلاح جهش‌ها در بیماری‌های نادر مانند آمیوتروفیک لاترال اسکلروزیس آزمایش کند. اما قبل از استفاده از این ابزار در انسان‌ها، باید آزمایش‌های ایمنی انجام شود. کلاین‌استیور گفت که فرآیند انتخاب هدف کمتر دقیق، خطر ویرایش‌های خارج از هدف را افزایش می‌دهد. جابالرا با این که این خطر را تأیید کرد، گفت که تحلیل‌های آن‌ها هیچ نشانه‌ای از ویرایش‌های غیرمطلوب توسط ReChb نشان نداده است.

توضیح عملکرد سیستم CRISPR

سیستم CRISPR یک ابزار قدرتمند برای ویرایش ژن‌ها است که امکان اصلاح جهش‌ها و تغییرات ژنتیکی را در سلول‌ها فراهم می‌کند. در این سیستم، دو جزء اصلی وجود دارد: RNA راهنما و نوکلیاز. در اینجا نحوه عملکرد آن در اصلاح جهش‌ها توضیح داده می‌شود: انتخاب هدف: ابتدا یک RNA راهنما (که معمولاً یک توالی ۲۰ نوکلئوتیدی است) طراحی می‌شود تا به قسمتی از ژنوم که دچار جهش است، متصل شود. این RNA به نوکلئاز که معمولاً پروتئین Cas9 یا Cas12a است) کمک می‌کند تا به مکان دقیق در DNA برسد. برش DNA: نوکلیاز (مانند Cas9) با استفاده از RNA راهنما به محل دقیق جهش در DNA متصل می‌شود. سپس نوکلیاز دو رشته DNA را در آن نقطه برش می‌زند. این برش به DNA امکان می‌دهد تا برای ترمیم و اصلاح جهش، مکان آسیب‌دیده را بازسازی کند. اصلاح جهش: پس از برش DNA، سلول به طور طبیعی تلاش می‌کند که شکاف‌های ایجاد شده در DNA را ترمیم کند. دو روش اصلی ترمیم وجود دارد: ترمیم از طریق پیوستگی غیر همولوگ (NHEJ): این روش معمولاً منجر به ایجاد جهش‌های ناخواسته یا اصلاحات نادرست می‌شود. این روش ممکن است برای اصلاح جهش‌های خاصی استفاده شود. ترمیم از طریق بازسازی با استفاده از الگو (HDR): در این روش، یک الگوی DNA (که معمولاً در آزمایشگاه تهیه می‌شود) به سلول معرفی می‌شود. این الگو شامل توالی صحیح ژن است و سلول از آن برای ترمیم DNA استفاده می‌کند. این روش می‌تواند به اصلاح جهش‌های خاص کمک کند و توالی صحیح را جایگزین کند. اصلاح دقیق جهش: با استفاده از این روش‌ها، می‌توان جهش‌های ژنتیکی خاص را که باعث بیماری‌ها و اختلالات ژنتیکی می‌شوند، اصلاح کرد. برای مثال، در بیماری‌هایی مانند دوسمیتروفی عضلانی یا فنیل کتونوری، سیستم CRISPR می‌تواند جهش‌های خاص را هدف قرار داده و آن‌ها را اصلاح کند. سیستم CRISPR به دلیل دقت بالا، سرعت و هزینه پایین، ابزار مؤثری برای اصلاح جهش‌ها و درمان بیماری‌های ژنتیکی محسوب می‌شود.

درباره مطالعه

محققان برخی انعطاف‌پذیری دارند، زیرا آنزیم‌های CRISPR مانند نسخه‌های مختلف Cas9 و Cas12 توالی‌های PAM مختلفی دارند، اما جستجو برای یک سیستم CRISPR بدون PAM همچنان ادامه دارد. جابالرا و همکارانش در مقاله‌ای که در Nature Biotechnology منتشر شد، گفتند که آن‌ها یک آنزیم PAM-انعطاف‌پذیر توسعه داده‌اند — با بازگشت به گذشته. آن‌ها از تکنیکی به نام بازسازی توالی اجدادی (ASR) استفاده کردند که ساعت تکاملی را به عقب می‌برد تا آنزیمی طراحی کنند که نواحی بیشتری از ژنوم را برای ویرایش باز کند. توالی اسیدهای آمینه‌ای که پروتئین‌ها را می‌سازد، با گذشت زمان تکامل می‌یابد. تیم تحقیقاتی تعدادی از نسخه‌های موجود یک پروتئین ویرایش ژن محبوب به نام Cas12a را که در هیدروباکتری‌ها یافت می‌شود، توالی‌یابی کردند. با پیش‌بینی جهش‌هایی که احتمالاً این پروتئین‌های متنوع را تولید کرده‌اند، توانستند توالی پروتئین اجدادی آن را استنباط کنند. پروتئین حاصل، که ReChb نامیده می‌شود، شبیه به چیزی است که Cas12a در اجداد مشترک هیدروباکتری‌های امروزی سه میلیارد سال پیش به نظر می‌رسید. هنگامی که تیم از ReChb استفاده کرد، بلافاصله متوجه شدند که این آنزیم با Cas12a کنونی تفاوت‌هایی در عملکرد دارد. آن‌ها ReChb را در کنار نسخه‌ای از Cas12a که توسط بنجامین کلاین‌استیور و تیمش در بیمارستان عمومی ماساچوست مهندسی شده بود، به چالش کشیدند. جابالرا گفت که این آنزیم «استاندارد طلایی» ابزارهای ویرایش در این حوزه است. ReChb در برابر نسخه‌های نوین عملکرد بسیار خوبی داشت. کارآیی ویرایش دو آنزیم مشابه بود، اما ReChb توانست در سایت‌های هدفی برش بزند که نسخه جدیدتر قادر به شناسایی PAM‌های آن‌ها نبود. این ابزار همچنین در برش انواع مختلف اهداف ژنومی موفق بود: به راحتی DNA دو رشته‌ای معمولی را برش زد و این عملکرد را در برابر DNA تک رشته‌ای و RNA نیز نشان داد.

توانایی ReChb در هدف قرار دادن برخی سایت‌ها

کلاین‌استیور که در مطالعه جاری دخیل نبود، از عملکرد پروتئین باستانی تحت تأثیر قرار گرفت. او در ایمیلی نوشت: «نویسندگان توانایی ReChb را در هدف قرار دادن برخی سایت‌ها در سلول‌های انسانی که کدهای PAM‌هایی را که برای آنزیم‌های قبلی قابل دسترسی نبودند، نشان می‌دهند.» در حالی که اذعان کرد که این مطالعه اولیه تعداد محدودی از سایت‌های ویرایش ژن را بررسی کرده است، او افزود که «داده‌های آن‌ها از این که ReChb می‌تواند برای از بین بردن نقاط کور در ویرایش ژنوم مفید باشد، پشتیبانی می‌کند.» تیم قصد دارد روش بازسازی اجدادی را به سایر سیستم‌های ویرایش ژن مانند ویرایش پایه گسترش دهد که به عنوان ابزاری برای «یافتن و جایگزینی» خطاها در ژنوم عمل می‌کند. قبل از اینکه نوکلئاز به ژنوم برش بزند، یک توالی کوتاه به نام PAM را بررسی می‌کند. در باکتری‌ها، این مرحله بررسی از برش تصادفی DNA خودی جلوگیری می‌کند. این مرحله بررسی PAM به سیستم‌های ویرایش ژن که از CRISPR استفاده می‌کنند، منتقل شده است، اما کارآیی آن‌ها را کاهش می‌دهد. یلنیا جابالرا روز، پژوهشگر پسا دکترا در مرکز تحقیقات همکاری در بیوسیستم‌ها، گفت: «اگر بخواهید یک بیماری ژنتیکی را هدف قرار دهید، اما PAM را در کنار توالی هدف پیدا نکنید، نمی‌توانید آن جهش را درمان کنید.»

بررسی جهش در بیماری‌های نادر مانند آمیوتروفیک لاترال اسکلروزیس

جابالرا گفت: «ما می‌توانیم نسل بعدی ویرایشگرهای ژنوم را کاتالیز کنیم.» تیم می‌خواهد توانایی آنزیم را در اصلاح جهش‌ها در بیماری‌های نادر مانند آمیوتروفیک لاترال اسکلروزیس آزمایش کند. اما قبل از استفاده از این ابزار در انسان‌ها، باید آزمایش‌های ایمنی انجام شود. کلاین‌استیور گفت که فرآیند انتخاب هدف کمتر دقیق، خطر ویرایش‌های خارج از هدف را افزایش می‌دهد. جابالرا با این که این خطر را تأیید کرد، گفت که تحلیل‌های آن‌ها هیچ نشانه‌ای از ویرایش‌های غیرمطلوب توسط ReChb نشان نداده است. این آنزیم جدید در نهایت می‌تواند مجموعه ابزارهای ویرایش ژن را گسترش دهد که پیش‌تر انقلاب‌هایی در ژنومیک ایجاد کرده است.نویسنده ارشد مقاله، گفت: «تمرکز ما رسیدن به آنچه که دست نیافتنی است.

پایان مطلب/.