16.9: كريسبر CRISPR

تسمح تقنيات تحرير الجينوم للعلماء بتعديل الحمض النووي للكائن الحي عن طريق إضافة أو إزالة أو إعادة ترتيب المواد الجينية في مواقع جينية محددة. يمكن استخدام هذه الأنواع من التقنيات لعلاج الاضطرابات الوراثية مثل الهيموفيليا وفقر الدم المنجلي. يعد نظام كريسبر-كاس٩ (CRISPR-Cas9) أحد أدوات البحث الشائعة والمستخدمة على نطاق واسع في مجال تحرير الحمض النووي والتي يمكن أن تؤدي إلى علاجات آمنة وفعالة للاضطرابات الوراثية. يرمز كريسبر-كاس٩ إلى التكرارات المتناظرة القصيرة المنتظمة المتباعدة بانتظام والبروتين ٩ المرتبط بـكريسبر. يتكون نظام كريسبر-كاس٩ الأساسي من نوكلياز كاس٩ داخلي و حمض ريبي صغير يوجه كاس٩ إلى الحمض النووي المستهدف.

المنشا

تم ملاحظة تسلسلات كريسبر لأول مرة في البكتيريا و تم تحديدها لاحقاً في العتائق. اكتشف الباحثون أن نظام كريسبر-كاس٩ يقدم دفاعاً مناعياً تكيفياً ضد غزو الفيروسات. تلتقط العديد من البكتيريا ومعظم العتائق تسلسلات قصيرة من الحمض النووي الفيروسي لإنشاء مكتبة من شرائح الحمض النووي للفيروس ، أو مصفوفات كريسبر. عندما يتم إعادة تعريض بدائيات النوى لنفس الفيروس أو فئة الفيروسات ، تُستخدم مصفوفات كريسبر لنسخ مقاطع الحمض النووي الريبي الصغيرة التي تساعد في التعرف على الغزاة الفيروسيين ومن ثم تدمير الحمض النووي الفيروسي باستخدام كاس٩ أو نوكلياز داخلي مماثل.

استخدام تقنية كريسبر-كاس٩ (CRISPR-Cas9)

يستخدم كريسبر-كاس٩ بشكل شائع في المختبر لإزالة الحمض النووي وإدخال تسلسل حمض نووي جديد في مكانه. لتحقيق ذلك ، يجب على الباحثين أولاً إنشاء جزء صغير من الحمض النووي الريبي يسمى الحمض الريبي الدليل ، مع تسلسل قصير يسمى تسلسل الدليل الذي يرتبط بتسلسل هدف محدد على الحمض النووي الجيني. يمكن أن يرتبط الحمض الريبي الدليل أيضاً بـ كاس٩ (أو نوكليازات داخلية أخرى مثل Cpf1). يتم إعطاء الحمض الريبي الدليل وبروتين كاس٩ إلى خلية ذات أهمية حيث يحدد الحمض الريبي الدليل تسلسل الحمض النووي المستهدف ويقوم كاس٩ بشقها.

تقوم آلية الخلية بعد ذلك بإصلاح الخيوط المكسورة عن طريق إدخال أو حذف نيوكليوتيدات عشوائية ، مما يجعل الجين المستهدف غير نشط. بدلاً من ذلك ، يمكن إدخال تسلسل حمض نووي مخصص في الخلية جنباً إلى جنب مع الحمض الريبي الدليل و كاس٩ ، والذي يعمل كقالب لآلة الإصلاح ويحل محل التسلسل المقتطع. هذه طريقة فعالة للغاية للباحثين لتعطيل ”knock out“ جين لدراسة آثاره أو استبدال جين متحور بنسخة طبيعية على أمل علاج المرض.

الاعتبارات الأخلاقية و الجدوى في البشر

نتيجة لقدرات تعديل الجينات الهامة لنظام كريسبر-كاس٩ ، كان هناك جدل كبير حول استخدامه ، خاصة فيما يتعلق بتحرير الأجنة. ادعى عالم صيني مؤخراً أنه ابتكر أطفالاً ذوي جينوم معدل باستخدام تقنية كريسبر لتعطيل الجين المتورط في عدوى فيروس نقص المناعة البشرية. أدى ذلك إلى احتجاج عالمي من العلماء المهتمين بالاعتبارات الأخلاقية وسلامة الإجراءات. وصف الكثيرون هذه الخطوة بأنها سابقة لأوانها ، وأعرب آخرون عن مخاوفهم بشأن التأثيرات الجينومية غير المستهدفة. في حين أن عدد تطبيقات التكنولوجيا الحيوية الممكنة لنظام كريسبر-كاس٩ متعدد ، فمن المهم النظر في التحديات المستقبلية التي قد تنشأ نتيجة لاستخدامه.

نظام كريسبر Cas9 هي أداة تحرير الحمض النووي التي تقف ل متفاوت المسافات بانتظام يتكرر متآلف قصير و CRISPR المرتبطة البروتين 9. لاحظ لأول مرة في البكتيريا كريسبر Cas9 هو وسيلة للدفاع ضد الفيروسات. كما يدخل الحمض النووي الفيروسي الأجنبي بكتيريا يتم معالجتها إلى أجزاء أصغر.

التي يمكن إدراجها في المنطقة من الجينوم البكتيري المسمى كريسبر موضع. عندما يتم نسخ المنطقة المنتج يرتبط مع الحمض النووي الريبي أصغر تسمى tracrRNAs والتي قد تساعد في توجيه كل من بروتين Cas9 و RNAse إلى الجزيء. الأخير الذي يشق نسخة.

النتيجة النهائية هي العديد من المجمعات كل يتكون من بروتين Cas9 tracrRNA و crRNA المستمدة من الحمض النووي في المكان. يعترف كريسبر RNA في هذه الهياكل ويرشد Cas9 إلى الحمض النووي الفيروسي الذي هو ثم المشقوق وتدميرها. يسخر العلماء كريسبر Cas9 عن طريق تجميع جزيئات الحمض النووي الريبي الفردية أن تقليد tracrRNA و CRISPR RNA والتي يمكن أن تستهدف الجينات ذات الاهتمام.

على سبيل المثال عندما اثنين من هذا دليل الحمض النووي الريبي يتم إدخالها في الخلايا مع Cas9 وكلاهما يستهدف نفس الجين تسلسل يمكن رفعه. بمجرد إزالة هذه المنطقة المستهدفة يتم إعادة توصيل نهايات القطع ويلاحظ الآثار على الخلايا. وبالتالي تم تعديل نظام كريسبر Cas9 من آلية بكتيرية.

ويمكن أن تستخدم لمجموعة من تقنيات تحرير الجينات.