16.9: קריספר

טכנולוגיות עריכת הגנום מאפשרות למדענים לשנות את ה-DNA של האורגניזם באמצעות הוספה, הסרה או סידור מחדש של חומר גנטי במיקומים גנומיים ספציפיים. טכניקות מסוג זה עשויות לשמש לריפוי הפרעות גנטיות כגון המופיליה ואנמיה חרמשית. כלי מחקר פופולרי ונפוץ לעריכת DNA שיכול להוביל לריפוי בטוח ויעיל להפרעות גנטיות הוא מערכת קריספר (באנגלית: CRISPR, ראשי תיבות של Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats‏) מערכת CRISPR-Cas9 בסיסית מורכבת מאנדונוקלאז של Cas9 ו-RNA קטן שמנחה את Cas9 ל-DNA היעד.

מקור

רצפי קריספר נצפו תחילה בחיידקים ולאחר מכן זוהו בארכאות. חוקרים גילו שמערכת CRISPR-Cas9 משרתת הגנה חיסונית אדפטיבית מפני וירוסים פולשים. חיידקים רבים ורוב הארכאות לוכדים רצפים קצרים של ה-DNA הנגיפי כדי ליצור ספרייה של מקטעי DNA של וירוסים, או מערכי CRISPR. כאשר הפרוקריוטים נחשפים מחדש לאותו נגיף או מחלקה של וירוסים, משתמשים במערכי CRISPR לתמלול מקטעי RNA קטנים שעוזרים לזהות פולשים ויראליים ובהמשך להשמיד DNA ויראלי עם Cas9 או אנדונוקלאז דומה.

שימוש בטכנולוגיית CRISPR-Cas9

CRISPR-Cas9 משמש בדרך כלל במעבדה להסרת DNA ולהכנסת רצף DNA חדש במקומו. כדי להשיג זאת, על החוקרים ליצור תחילה שבר קטן של RNA הנקרא RNA המדריך, עם רצף קצר הנקרא single guide RNA אשר נקשר לרצף מטרה ספציפי ב-DNA גנומי. ה-RNA המדריך יכול גם לקשר עם Cas9 (או אנדונוקליזות אחרות כמו Cpf1). single guide RNA וחלבון Cas9 מנוהלים לתא מעניין שבו ה- RNA המדריך מזהה את רצף ה-DNA של המטרה ו-Cas9 מבקע אותו.

מנגנון התא מתקן את הגדילים השבורים על ידי הכנסת או מחיקה של נוקלאוטידים אקראיים, מה שהופך את גן המטרה ללא פעיל. לחלופין, ניתן להכניס לתא רצף DNA מותאם אישית יחד עם RNA המדריך ו-Cas9, המשמש כתבנית למכונות התיקון ומחליף את הרצף שנכרת. זוהי דרך יעילה ביותר עבור חוקרים לבצע 'נוק-אאוט' של גן כדי לחקור את השפעותיו או להחליף גן שעבר מוטציה בעותק רגיל בתקווה לרפא מחלה.

שיקולי אתיקה והיתכנות בבני אדם

כתוצאה מיכולות שינוי הגנים המשמעותיות של מערכת CRISPR-Cas9, היה ויכוח רב על השימוש בה, במיוחד בכל הקשור לעריכת עוברים. מדען סיני טען לאחרונה שיצר תינוקות שנעשו בגנום באמצעות טכנולוגיית קריספר כדי להשבית גן המעורב בזיהום ב-HIV. זה הוביל לזעקה עולמית מצד מדענים המודאגים מהשיקולים האתיים והבטיחותיים של ההליך. רבים כינו את המהלך מוקדם, ואחרים הביעו דאגה לגבי השפעות גנומיות מחוץ למטרה. בעוד שמספר יישומי הביוטק האפשריים עבור מערכת CRISPR-Cas9 הוא רב, חשוב לקחת בחשבון אתגרים עתידיים שעלולים להתעורר כתוצאה מהשימוש בה.