انقلاب در مهندسی ژنوم...

مهندسی ژنوم با سیستم CRISPR-Cas9 هدایت شده توسط RNA در حیوانات و گیاهان در حال تغییر زیست شناسی است. این ابزار برای استفاده آسان تر و کارآمد تر از سایر ابزار های مهندسی ژنتیک است، بنابراین تنها پس از چند سال از کشف آن در آزمایشگاه های سراسر جهان مورد استفاده می گیرد. این تطابق و تاریخچه سریع این سیستم موضوع اصلی این مقاله جدید است.  

به گزارش پژوهشکده مجازی بیوتکنولوژی پزشکی، این بررسی توسط کاشفان این سیستم پروفسور Emmanuelle Charpentier (که در مرکز تحقیات عفونی Helmholtz  کار می کند) و Jennifer Doudna  (از دانشگاه کالیفرنیا) نوشته شده است.

شکل بالا: استرپتوکوک پایوژنز یکی از باکتری هایی است که دانشمندان HZI  سیستم CRISPR-CAS  را در آن مطالعه کرده اند.

بسیاری از بیماری ها از تغییر درDNA  (کد هایی که ژن فرد را می سازد) فرد ایجاد می شود. ترتیب معین حروف در ژن، کد های پروتئین را می سازد. پروتئین ها نیروی کار  بدن ما و تقریبا مسئول همه فرایند های های مورد نیاز ما می باشند. زمانی که یک ژن تغییر می کند، محصول پروتئین آن ممکن است عملکرد طبیعی خود را از دست داده و منجر به اختلالاتی شود. پروفسور Emmanuelle Charpentier  می گوید: ایجاد تغییرات در جایگاه خاص ژنوم یک روش جالب برای جلوگیری و یا درمان بیماری است. بر این اساس از زمانی که ساختار DNA شناخته شد، محققان بدنبال راهی برای تغییر کد ژنتیکی هستند.

روش اول مثل نوکلئاز های انگشت روی و نوکلئاز های مصنوعی موسوم به TALENs یک نقطه شروع بود اما معلوم شد که گران و دشوار هستند. به گفته Charpentier،فنآوری های موجود وابسته به پروتئین بصورت برچسب های آدرس دهی و پروتئین جدید سفارشی برای ارائه هر گونه تغییر جدید در DNA  یک فرایند دست و پا گیر هستند. او در سال 2012 و در حالی که در دانشگاه Umeå  مشغول به کار بود، چیزی را که امروز به عنوان انقلابی در مهندسی ژنوم (CRISPR-Cas9 system) شناخته می شود را  توصیف کرد.

این موضوع بر اساس سیستم ایمنی باکتری ها و آرکی ها می باشد. CRISPRبرای اینکه در فضای بین تکرار های پالیندرومی بطور منظم بصورت خوشه درآید، کوچک است، Charpentier عنوان کرد که ما ابتدا یک RNA جدید بنام tracrRNA را شناسایی کردیم که با سیستم CRISPR-Cas9 (که ما در سال 2011 آن را در Nature چاپ کرده بودیم) در ارتباط است. Cas9 آنزیمی است که با دو RNA کار می کند.

این سیستم با همدیگر توانایی تشخیص توالی های خاصی از حروف در کد ژنتیکی و برش DNA در یک نقطه خاص را دارد. در این فرایند پروتئئین Cas9  به عنوان قیچی و قطعه RNA به عنوان برچسب آدرس دهی عمل کرده و این اطمینان را می دهد که برش در جای مناسب رخ داده است. در حال حاضر کاربر فقط باید دنباله ای از این RNA  را را جایگزین کند تا هر توالی در ژنوم را مورد هدف قرار دهد. پس از توصیف توانایی های عمومی CRISPR-Cas9 در سال 2012، در اوایل 2013 نشان داده شد که کارایی آن در انسان درست مانند باکتری است. از آن زمان تا به حال محققان سراسر جهان پیشنهاد کرده اند که از این ابزار جدید می توان استفاده کرد.

Charpentier می گوید: در حال حاضر سیستم CRISPR-Cas9 مرز ها را شکسته و نوعی از مهندسی ژنتیک را ایجاد کرده است که بسیار کارآمد تر است و به نظر نمی رسد که محدودیتی برای این سیستم وجود داشته باشد.

منبع:

J. A. Doudna, E. Charpentier. The new frontier of genome engineering with CRISPR-Cas9. Science, 2014; 346 (6213): 1258096 DOI: 10.1126/science.1258096