کریسپر چیست؟
کریسپر نوعی تکنولوژی جدید ویرایش ژنتیکی است که می‌تواند به پیشرفت ژن درمانی کمک‌های زیادی بکند. تاکنون ژن درمانی عمدتا از طریق تکنیک «انتقال ژن» (gene transfer) انجام شده است؛ به این صورت که یک ویروس بی‌گزند، نسخه‌ی سالمی از یک ژن را به سلول منتقل میکند تا جای ژن معیوب را که بیماری ایجاد کرده، بگیرد. اما در روش کریسپر، دانشمندان می‌توانند مستقیما ژن معیوب را اصلاح کنند. آنها DNA معیوب را جدا کرده و به جای آن یک DNA سالم می‌گذارند. قاعدتا، این روش باید خیلی بهتر از اضافه کردن یک ژن جدید جواب دهد، چون در این صورت خطرات ناشی از اضافه کردن یک ژن غریبه و خارجی از میان می‌رود. گاهی اوقات ممکن است این ژن خارجی در مکان اشتباهی قرار گیرد و منجر به سرطان شود.اما ژنی که با تکنیک کریسپر ترمیم شده تحت کنترل خواهد بود.
دنیای علوم پزشکی در تلاش است تا به نقطه‌ای برسد تا ژن، ریزترین جزء سازنده‌ی بدن انسان بتواند به راحتی ترمیم شود. به هر حال، هر اندازه مراقبت از سلول‌ها و بافتهای بدن انجام شود، در نهایت سلول‌های بدن دچار نقص و ایراد می‌شوند. محققین حوزه‌ی ژنتیک و مهندسی بافت از یک نقطه به بعد، علاوه بر یافتن مسیرهای جدید توالی سیگنالی سلول‌ها برای درمان بیماری، به سراغ ویرایش ژنتیکی نیز روی آوردند. به‌واسطه‌ی این اتفاق، تکنیک کریسپر (CRISPR) ظهور پیدا کرد و در حال حاضر روز به روز در حال گسترش در اقصی نقاط جهان است.
کارکرد و مکانیسم عمل تکنیک کریسپر روی کاغذ آسان به ظاهر می‌رسد اما در عمل چالش‌ها و بحران‌های مهمی پیش رویش وجود دارد. بر اساس تکنیک ویرایش ژنی کریسپر، ابتدا بخشی از DNA معیوب در داخل یک سلول یافته شده و سپس بر اساس فعل و انفعالاتی بخش ژنتیکی مورد نظر ترمیم می‌یابد. تکنیک کریسپر همچنین می‌تواند برخی از ژنها را روشن کرده و برخی دیگر را خاموش کند. روشن شدن ژن به این معنی است که DNA وارد چرخه همانندسازی ، سپس رونویسی و در نهایت ترجمه میشود تا در نهایت یک محصول پروتئینی ایجاد شود. گاهی اوقات حضور یا عدم حضور پروتئین می‌تواند یک بیماری جدید را رقم زند. با روی کار آمدن کریسپر می‌توان جلوی پیدایش یک بیماری را در همان ابتدای کار گرفت.
از تکنیک کریسپر از سال ۲۰۱۲ میلادی به صورت علنی به منظور ویرایش اطلاعات ژنتیکی به کار گرفته شد و با این حال، هنوز به آن صورت گسترش چشمگیری برای امور بالینی نداشته و همچنان تنها مورد پسند مطالعات آزمایشگاهی است.
فناوری کریسپر دقیقا به چه معناست؟
واژه‌ی نامانوس کریسپر از لحاظ لغوی اختصاریافته‌ی عبارت clustered regularly interspaced short palindromic repeats به معنای «تکرارهای کوتاه پالیندرومیک با فاصله منظم خوشه‌ای» است. اگر بخواهیم به زبان بسیار ساده کریسپر را تعریف کنیم، کریسپر به خانواده‌ای از توالی DNA در ژنوم موجودات پروکاریوت مثل باکتری و آرکی‌باکترها اطلاق میشود. این سکانس‌ها از تکه‌های DNA از باکتری‌خوارها مشتق می‌شوند که قبلا پروکاریوت را آلوده کرده بودند. توالی کریسپر به طور معمول برای شناسایی و تخریب DNA از باکتری‌خوارهای مشابه در هنگام آلودگی‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. از آنجایی که این توالی‌ها نقش مهمی در سیستم دفاعی ضد ویروسی در پروکاریوت‌ها ایفا می‌کنند، یک ایمنی اکتسابی نصیب این فرم از موجودات میشود. توالی کریسپر تقریبا در پنجاه درصد ژنوم باکتریایی وجود دارد. جالب است بدانید این درصد در آرکی‌باکترها به مراتب بیشتر گزارش شده است.
کریسپر کاسپاز ۹ چیست؟
کریسپر کاسپاز ۹ (CRISPR-associated protein 9) که به اختصار Cas9 هم در متون از آن یاد میشود، به آنزیمی گفته میشود که با بهره‌برداری از توالی کریسپر به عنوان یک راهنما تلاش میکند تا بخش مشخصی از رشته‌های DNA را شناسایی کرده و سپس تجزیه کند. اگر توالی کریسپر، به مکمل خود در رشته‌ی DNA وصل شود، رشته توسط آنزیم Cas9 به احتمال زیاد تجزیه خواهد شد. آنزیم‌های Cas9 و توالی‌های کریسپر با یکدیگر به اسم کریسپر-کاسپاز ۹ شناخته می‌شوند؛ تکنولوژی کاملا پیشرفته‌ای که می‌توان برای ویرایش ژن‌های درون ارگانیسم از آن بهره برد.
استفاده از فناوری کریسپر-کاسپاز ۹ به تدریج در حوزه‌های جدیدتری مورد بهره‌برداری قرار گرفت. به گونه‌ای که در حال حاضر از تکنیک کریسپر-کاسپاز ۹ در پژوهش‌های زیست‌شناسی، ساخت و تولید محصولات حوزه‌ی بیوتکنولوژی و درمان بیماری‌های متعدد استفاده میشود. جنیفر دودنا و امانوئل کارپنتیر، دو محقق و کاشف این فناوری در نهایت توانسته‌اند در سال ۲۰۲۰ میلادی موفق به کسب جایزه‌ی نوبل شیمی شوند.
تکنیک کریسپر تنها معطوف به انسان‌ها نیست و از این فناوری جهت اصلاح ژنتیک گیاهان و حیوانات هم استفاده میشود. در حقیقت جالب است بدانید که بسیاری از مردم در سطح جهانی غذاهایی را مصرف می‌کنند که تحت ویرایش کریسپر به ثمر رسیده‌اند.
فناوری کریسپر در حال حاضر علوم پزشکی را در حال دگرگون کردن است. این فناوری به محققین تنها به منظور درمان بیماری‌ها کمک نمی‌کند، بلکه می‌توان با یک اصلاح ژنتیکی هوشمندانه، حتی جلوی ابتلا به بسیاری از امراض را گرفت. علم پزشکی بیشتر به این سمت می‌رود تا بتوان ژنتیک کودکان را از همان بدو زندگی کنترل کرد. شنیده‌ها حاکی از آن است که کشور چین مشغول به انجام تحقیقات برای تولید نوزادان کریسپری است. خبری که در چند سال گذشته توانست موج زیادی از واکنش‌های منفی را به دنبال داشته باشد؛ چراکه پژوهش‌ها روی جنین حیوانات و صد البته انسان غیراخلاقی محسوب میشود. با این وجود هدف از انجام پژوهش در چین این بود تا بتوان با غیرفعال کردن ژنی به اسم CCR5 در سلول‌ها، بدن را در برابر بیماری خطرناکی به اسم ایدز مصون کرد. با اینکه غیرفعال کردن این ژن الزاما به معنای ایمنی کامل در برابر ایدز نیست، موفقیت‌آمیز بودن این رویکرد می‌توانسته گام بزرگی در پیشگیری از ایدز و همچنین بهره‌برداری از تکنیک کریسپر باشد. با تمامی این تفاسیر، محققین این پژوهش نتیجه‌ی منفی از این پروژه تا به امروز منتشر نکرده‌اند.
پروتئین‌های Cas؛ کلید فهم بهتر تکنیک کریسپر
در حقیقت اگر محققین بتوانند درباره‌ی پروتئین‌های Cas که در باکتری‌ها یافت میشود اطلاعات بیشتری به دست بیاورند، می‌توان کریسپر را بهتر فهمید. این پروتئین می‌تواند به آسانی برنامه‌ریزی شده و به یک توالی ژنومی مشخص اتصال یابد. این پروتئین تنها یک تکه از RNA به عنوان راهنما نیاز دارد تا بتواند فرایند جست‌وجو را انجام دهد.
زمانی که پروتئین Cas9 به یک سلول به همراه تکه‌ای از RNA اضافه میشود، این پروتئین به سمت DNA دو رشته‌ای روانه میشود تا حداقل به یک توالی حاوی ۲۰ زوج باز متصل شود. این توالی DNA در حقیقت مکمل با توالی RNA راهنما است. اینکه بعد از اتصال چه اتفاقی می‌افتد تا حدودی متنوع گزارش میشود. پروتئین Cas9 بخشی از DNA مورد نظر را برش می‌دهد. زمانی که منطقه‌ی برش ترمیم میشود، جهش‌هایی معرفی میشود که اغلب به غیرفعال شدن یک ژن ختم میشود. پس از رسیدن به این مرحله می‌توان ادعا کرد که یک ویرایش ژنتیکی توسط فناوری کریسپر رخ داده است.
از کریسپر می‌توان برای اعمال تغییرات دقیق‌تر هم بهره برد تا برای مثال یک بخش از ژن معیوب با یک بخش سالم تعویض شود. با این حال این فرایند، هم چالش‌های بیشتری دارد و هم پروسه‌ی دشوارتری است. پژوهشگران توانسته‌اند پروتئین‌های Cas خاصی را بسازند که پس از تزریق به سلول، به قصد برش زدن DNA وارد عمل نشود، بلکه تنها یک سری ژن را روشن یا خاموش کند. به کریسپرهای روشن‌کننده‌ی ژنتیکی CRISPRa و به کریسپرهای خاموش‌کننده CRISPRi گفته میشود. محققین از این دسته از کریسپرها در مطالعات بیشتر بهره می‌برند و شاید روزی برسد تا بتوان ایمنی‌زایی کاملی در برابر بیماری‌های خطرناک به‌واسطه‌ی تکنیک کریسپر به دست آوریم. تکنیک کریسپر در آینده‌ی نزدیک می‌تواند نقش بسیار گسترده‌تری در برنامه‌های واکسیناسیون و همچنین خلق داروهای جدید داشته باشد.
فرایند کریسپر کَس ۹ چیست؟
کریسپرـ کَس ۹ ابزاری برای اصلاح ژن است که در دنیا هویاهویی ایجاد کرده است.این ابزار سریع، ارزان و بسیار دقیق تر از تکنیک هایی است که قبلا برای ویرایش ژن استفاده می شده و دارای طیف گسترده ای از برنامه های کاربردی بالقوه است.کریسپرـ کَس ۹ تکنولوژی منحصر بفردی است که این امکان را ایجاد می کند تا بتوان با حذف،اضافه کردن یا جایگزین کردن بخشی از ژنوم را ویرایش نمود.این روش در حال حاضر روشی ساده ،دقیق و تطبیق پذیر برای دست ورزی ژنتیک می باشد.
در حقیقت برخی از باکتری ها دارای سیستم ساده کریسپرـ کَس ۹ برای ویرایش ژن می باشند که برای پاسخ به عوامل مهاجم نظیر ویروس ها بکار می رود و این فرآیند مانند سیستم ایمنی برای آنها تلقی می شود.کریسپر در باکتری ها قسمتی از DNA باکتری را قطع کرده و در تهاجم بعدی به باکتری برای شناسایی پاتوژن کمک میکند.دانشمندان از این سیستم در سلول های دیگر جانوران شامل موش و انسان استفاده کرده اند.
سیستم کریسپرـ کَس ۹ شامل دو مولکول کلیدی برای ایجاد تغییر یا جهش در DNA می باشد.که عبارت اند از :
- یک آنزیم به نام کَس ۹ .این آنزیم به عنوان یک جفت قیچی مولکولی عمل می کند که می تواند دو رشته DNA را در محل خاصی از ژنوم برش دهد که آن قسمت کوچک DNA می تواند بعدا اضافه یا حذف شود.
- قطعه ای از RNA .که به آن RNA راهنما (gRNA) گفته می شود. این قطعه شامل توالی ریبونوکلئیک اسید از پیش طراحی شده است که طول آن حدود ۲۰ باز می باشد. این RNA داربست به DNA اتصال می یابد و توالی پیش ساخته راهنمای کَس ۹ و به آنزیم دستور می دهد که به کجای DNA متصل شود.کَس ۹ با پیروی از RNA راهنما در همان قسمت از رشته DNA دو رشته DNA را می برد.در این مرحله سلول DNA آسیب دیده را شناسایی کرده و سعی می کند تا آن را ترمیم کند.
کریسپرـ کَس ۹ توانایی بالایی برای درمان طیف وسیعی از موقعیت های پزشکی که زمینه ژنتیکی دارد مانند سرطان،هپاتیت ب و یا حتی کلسترول بالا و… . بسیاری از ابزار های دیگر برای اصلاح ژن در ژنوم سلول های سوماتیک بکار برده می شدند در حالی که این سیستم درمورد اصللاح ژن در سلول های زایشی نیز کاربرد دارد. اهمیت اصلاح ژن در سلول های زایشی در این است که تغییر در ژن آنها به نسل های آینده نیز منتقل میشود که این مسئله دارای پیامد های اخلاقی مهم می باشد.انجام اصلاح ژنی در سلول های زایشی در حال حاضر در انگلستان و در بیشتر دیگر کشور ها غیرقانونی می باشد.در مقابل،استفاده از کریسپرـ کَس ۹ و دیگر تکونولوژی ها برای ایجاد ویرایش ژن دارای مناقشه است.در واقع در حال حاضر برای درمان بیماری های انسانی در موارد خاص و یا مواردی که زندکیشان در خطر بوده است استفاده شده است.
آینده کریسپرـ کَس ۹
بیشتر تحقیقات هنوز بر روی مدل های حیوانی یا سلول های جدا شده از انسان متمرکز است با این هدف که در نهایت از این تکنولوژی برای درمان بیماری در انسان استفاده شود.کار های زیادی برای از بین بردن اثرات خارج از هدف این سیستم وجود دارد به این معنا که کریسپرـ کَس ۹ می تواند قسمت دیگری از ژن که هدف نیست را برش دهد.دتنشمندان بر روی اینکه راهی پیدا کنند تا کریسپرـ کَس ۹ به درستی متصل و قطعه را برش دهد کار می کنند که دو راه موجد است :
- طراحی بهتر و اختصاصی RNA های راهنما براساس اطلاعات توالی DNA موجود و رفتار های غیر هدف RNA راهنما که می تواند به توالی های غیر هدف متصل شود.
- استفاده از آنزیم کَس ۹ که ففقط یه رشته از DNA را برش می دهد.این بدین معناست که باید دو آنزیم کَس ۹ و دو RNA راهنما در همان مکان برای ایجاد برش وجود داشته باشد.این عمل باعث کاهش خطا در برش می شود.
در حال حاضر این روشن است که پتانسیل کَس ۹ فراتر از برش در DNA است و سودمندی آن در بکارگیری اختصاصی پروتئین تنها با تخیل ما محمدود خواهد بود.این روش برای اکثر بیماری‌ها مفید است، مثلا بیماری‌های دیستروفی ماهیچه‌ای و فیبروز سیستیک باید از طریق ویرایش ژنتیکی درمان شوند. اگر پزشکان سلول‌های فرد بیمار را جدا کرده و آنها را ترمیم کنند و سپس دوباره آنها را به بدن بازگردانند، تعداد بسیار کمی از این سلول‌ها زنده می‌مانند. ویرایش ژنتیکی هم مثل تکنیک انتقال ژن با چالش‌های زیادی رو به رو است. محققان باید روش‌هایی پیدا کنند تا کریسپر به طور موثر در بافتهای بدن یک فرد کار کند.
یکی از مهم‌ترین ریسک‌های کریسپر که به وفور درباره‌ی آن بحث میشود، آنزیم Cas9 است. این آنزیم باید قسمت خاصی از توالی DNA را برش دهد، اما ممکن است در قسمت‌های دیگری از ژنوم هم شکاف ایجاد کند که می‌تواند به جهش‌های ژنتیکی و افزایش احتمال ابتلا به سرطان منجر شود. محققان به دنبال این هستند که دقت کریسپررا افزایش دهند.
کریسپرـ کَس ۹ توانایی بالایی برای درمان طیف وسیعی از موقعیت های پزشکی که زمینه ژنتیکی دارد مانند سرطان،هپاتیت ب و یا حتی کلسترول بالا و… . بسیاری از ابزار های دیگر برای اصلاح ژن در ژنوم سلول های سوماتیک بکار برده می شدند در حالی که این سیستم درمورد اصللاح ژن در سلول های زایشی نیز کاربرد دارد. اهمیت اصلاح ژن در سلول های زایشی در این است که تغییر در ژن آنها به نسل های آینده نیز منتقل می شود که این مسئله دارای پیامد های اخلاقی مهم می باشد.انجام اصلاح ژنی در سلول های زایشی در حال حاضر در انگلستان و در بیشتر دیگر کشور ها غیرقانونی می باشد.در مقابل،استفاده از کریسپرـ کَس ۹ و دیگر تکونولوژی ها برای ایجاد ویرایش ژن دارای مناقشه است.در واقع در حال حاضر برای درمان بیماری های انسانی در موارد خاص و یا مواردی که زندکیشان در خطر بوده است استفاده شده است.
آزمایش های انسانی
کریسپر یک روش درمانی با استفاده از دستکاری ژنتیکی است و همین امر موجب شده تا شبهات اخلاقی بسیاری در این زمینه به وجود آید که پاسخ به آنها کار راحتی نخواهد بود؛ البته به علت وجود فواید بسیار زیاد و همچنین کمک شایانی که این روش درمانی به بهبود سطح سلامت انسان می کند می توان از این سوالات چشم پوشی کرد.
به عنوان مثال، در حال حاضر این فناوری خطرات بسیاری دارد. علی رغم همه وعده هایی که به واسطه تکنیککریسپر داده شده، این فناوری هنوز کامل و بی نقص نیست و دانشمندان هنوز باید روی آن کار کنند تا به قدری بی خطر باشد که روی انسان کاربرد پیدا کند.
پیتر پارکر یا همان اسپایدرمن خودمان می گوید که قدرت زیاد، مسئولیت پذیری بسیاری را هم با خودش می آورد. با این حال، دنیا نمی تواند عقب بماند. چینی ها همین الان کار روی انسان را آغاز کرده اند و فناوری CRISPR-Cas9 در حال آزمایش روی انسان است.
البته، این جمله بدان معنا نیست که چینی ها مسئولیتی در قبال اخلاقیات نمی پذیرند. آزمایش مذکور روی بیماران مبتلا به سرطانی انجام پذیرفته که همه راه ها را پیموده اند و حالا تنها امیدشان زنده ماندن به شیوه CRISPR-Cas9 است. و آزمایش مشابهی نیز قرار است در آمریکا انجام شود که البته هنوز تاییدیه سازمان غذا و دارو را دریافت نکرده.
اما از این فناوری تا کجا می توان استفاده کرد؟ برخی می گویند که صرفا برای درمان بیماری ها و تضعیف آن ها مثل سرطان. اما تا به حال به این فکر کرده اید که می توانید رنگ پوست و چشم تان را به صورت دائمی تغییر دهید یا کودکانی قوی تر و قد بلندتر داشته باشید؟ آیا دستکاری رمزهای پایه زندگی در سلول تخم و تولد کودکانی کاملا اصلاح شده که نه تنها ناقل بیماری های شناخته شده نیستند، بلکه حتی زیباتر و قوی تر شده اند ایرادی دارد؟
در مورد آزمایش روی انسان، مسئله بسیار جدی و حائز اهمیت است. با دستکاری ژن های مان، می توانیم هر کاری بکنیم و اگر اشتباهی صورت پذیرد، عواقب آن ممکن است غیر قابل جبران باشد. به هر حال، کریسپر هم درست همانند همه فناوری های بزرگ بشر، تازه پدید آمده و نیازمند بهبودهای فراوان است.
دولتمردان هنوز نمی دانند که این فناوری می تواند تمام بیماری های ژنتیکی را از بین ببرد و حتی در برابر دیگر بیماری ها نیز ایمنی ایجاد کند و کسب رضایت آن ها احتمالا چندین سال به طول می انجامد. زمانی که قوانین به نفع دانشمندان تغییر کند، می توان در انتظار تغییرات بزرگی ماند.
دانشمندان موفق به طراحی نسخه جدید و قوی‌تر از ویرایش ژنی کریسپر شده‌اند.
دو گروه از دانشمندان روش جدید و دقیق‌تری برای تکنیک ویرایش ژنی طراحی کرده‌اند که می‌تواند در آینده‌ای نزدیک، با هدف قرار دادن بسیار دقیق سلول‌ها به درمان بیماری‌های ژنتیکی کمک کند.
موفقیت جدید دانشمندان در روش ویرایش ژنی کریسپر کَس-۹ می‌تواند به آنها امکان ویرایش ژنی در تک‌تک جفت‌های پایه‌ي دی‌ان‌ای را بدهد و همچنین توانایی ویرایش جفت‌های پایه آر‌ان‌آی را در اختیارشان قرار دهد. این موفقیت جدید به‌قدری مهم است که برخی از دانشمندان از آن به‌عنوان روش ویرایش ژنی«CRISPR 2.0» یاد می‌کنند.
اگر با تکنیک ژنی کریسپر آشنایی داشته باشید، به‌خوبی می‌دانید که کریسپر برای مهندسان زیستی همچون یک ابزار برش و چسباندن است. کریسپر به توالی‌های غیر معمول دی‌ان‌ای گفته میشود که به ارگانیسم‌ها برای شناسایی تهدیدها - خصوصا ویروس‌ها - کمک میکند. نام این روش مخفف تناوب‌هایِ کوتاهِ پالیندرومِ فاصله‌دارِ منظمِ خوشه‌ای است. در توالی دی‌ان‌ای، خوشه‌ها در فواصل مشخصی از هم قرار می‌گیرند و پالیندرومِ ها در تکرارهای کوتاه با تغییرات اندکی بارها و بارها تکرار می‌شوند. دانشمندان با استفاده از این تکنیک، می‌توانند ژن‌های مشخصی را از یک ژنوم بردارند و آن را با یک ژن دلخواه جایگزین کنند.
روش ویرایش ژنی کریسپر، امکانات زیادی در اختیار محققان قرار می‌دهد: از اصلاح دی‌ان‌ای بیماری‌های ژنتیکی مهلک تا درمان سرطان ارثی به‌طور کامل. روش ویرایش ژنی کریسپر پیش از این آن‌قدر تأثیر خوبی داشته که در درمان آزمایشی برخی بیماری‌ها از جمله سرطان خون، فیبروز سیستیک، کم‌خونی داسی شکل و دیگر بیماری‌ها مورد استفاده قرار گرفته است. اما با وجود تمامی پتانسیل‌های بالای این تکنیک، نحوه‌ی استفاده از این روش و به‌اصطلاح دستکاری دی‌ان‌ای، نگرانی‌های زیادی ایجاد کرده است. پیش از این تکنیک ویرایش ژنی کریسپر در حیوانات مورد استفاده قرار گرفته؛ اما در مورد انسان هنوز سؤالات اخلاقی زیادی در میان است.
دیوید لیو، متخصص علوم شیمی از مؤسسه‌ی ام‌آی‌تی و دانشگاه هاروارد، در این رابطه می‌گوید:
ما یک ویرایشگر جدید ساخته‌ایم (یک ماشین مولکولی) که قابل برنامه‌ریزی، غیر قابل بازگشت، مؤثر و ایمن است و می‌تواند جهش‌های ژنوم سلول‌های زنده را اصلاح کند. وقتی که نواحی خاصی از ژنوم دی‌ان‌ای انسان را هدف قرار می‌دهیم، این ویرایشگر (جدید) جهش‌های مرتبط با یک بیماری خاص را تغییر می‌دهد.
این موفقیت جدید به‌قدری مهم است که برخی از دانشمندان از آن به‌عنوان روش ویرایش ژنی«CRISPR 2.0» یاد می‌کنند
تقریبا نیمی از جهش‌های نقطه‌ای مرتبط با بیماری‌های انسانی در ترکیب جفت‌های نوکلئوبازهای شیمیایی آدنین (A)، سیتوزین (C)، گوانین (G) و تیمین (T) وجود دارند که دی‌ان‌ای انسان را تشکیل می‌دهند. با وجود این، دانشمندان به لطف تکنیک ویرایش ژنی کریسپر کَس-۹ (CRISPR-Cas9)، می‌توانند ساختارهای ژنوم را با تکنیک‌هایی کاملا مؤثرتر از قبل تغییر دهند. البته هنوز در مراحل آزمایشی است و نمی‌توان تا آزمایش‌های بیشتر در این مورد مطمئن بود.
در یک مطالعه جداگانه دیگر، دانشمندان موفق به طراحی نسخه جدیدتری از تکنیک ویرایش ژنی شده‌اند که به آن «Cas13» گفته میشود. بر خلاف ویرایش دی‌ان‌ای که با باعث تغییر نوکلئوبازها در ساختار ژنوم میشود؛ ویرایش آر‌ان‌ای، یک روش سبک‌تر و غیر دائمی است. در این تکنیک همچنین ممکن است که یک مبادله دقیق دیگر امکان‌پذیر شود: تغییر آدنوزین به انزین که در سلول‌ها به‌عنوان گوانین شناسایی می‌شوند.
فینگ ژانگ، محقق و نویسنده ارشد این مطالعه، توضیح می‌دهد:
تاکنون توانسته‌ایم به‌خوبی ژنها را غیر فعال کنیم؛ اما در واقع بهبود عملکرد پروتئین بسیار بسیار دشوارتر است. این توانایی جدید برای ویرایش آر‌ان‌آی می‌تواند، فرصت بیشتری برای بهبود عملکرد و درمان بسیاری از بیماری‌ها تقریبا در هر سلول پدید بیاورد.
مطمئنا، پیش از آنکه هر یک از این تکنیک‌های جدید برای کمک به بیماران به کار روند، نیاز به آزمایش‌های بالینی دارند. به این جهت، هنوز احتیاج به مطالعات و بررسی‌های بیشتری برای قابل اعتمادتر، ایمن‌تر و مؤثرتر کردن این روش ویرایش ژنی است.
اما هر دوی این مطالعات دستاوردهای عالی و امیدوارکننده‌ای محسوب می‌شوند که ممکن است روزی برای درمان بیماری‌هایی از جمله نابینایی ژنتیکی، اختلالات متابولیک، بیماری پارکینسون و بسیاری دیگر از بیماری‌ها مورد استفاده قرار گیرند.
یافته‌های این دو مطالعه در نشریه‌های نیچر و ساینس به چاپ رسیده است.
اصلاح ژن "کریسپر" بدون استفاده از قیچی
پژوهشگران آمریکایی در پژوهش اخیرشان، به فناوری جدیدی در اصلاح ژن دست یافتند که در آن از قیچی استفاده نمی‌شود.
ابزار اصلاح ژن موسوم به کریسپر Cas9 به دانشمندان کمک میکند DNA را موثرتر و دقیق‌تر از ابزارهای پیشین اصلاح کنند. این فناوری با توانایی برش و چسباندن DNA امکان درمان بسیاری از بیماری‌ها را در آینده فراهم میکند.
به گزارش تک تایمز، متاسفانه، کریسپرهمیشه مطابق انتظار دانشمندان کار نمی‌کند. گاهی اوقات، استفاده از ابزار برش ژن موجب عوارض ناخواسته میشود؛ یعنی برای دانشمندانی که اصلاح ژن را در انسان انجام می‌دهند، ممکن است جهش‌های ایجاد شده موجب شرایطی مانند تومور شود.
تغییر رفتار ژن
امروزه، دانشمندان یک راه حل احتمالی را معرفی کرده‌اند. ممکن است محققان برای تغییر رفتار ژنها مجبور به اصلاح آنها نباشند. محققان موسسه آمریکایی "سالک" (Salk) اعلام کرده‌اند امکان تغییر بیان ژنها، بدون تغییر ژنوم وجود دارد.
در آزمایشاتی که روی موش‌های زنده انجام شد، محققان از کریسپر برای فعال ساختن ژن‌های مفید در حیوانات مبتلا به دیابت نوع یک، جراحت کلیه‌ای حاد و دیستروفی عضلانی، با موفقیت استفاده کردند. در بیش از 50 درصد از حیواناتی که با کریسپر تحت درمان قرار گرفته بودند، بهبودی دیده شد.
روش کریسپر بدون قیچی
به جای استفاده از کریسپر Cas9 در جدا کردن رشته‌های DNA برای برداشتن ژنها یا قرار دادن ژن‌های جدید، "ایچساین کای لیائو" (Hsin-Kai Liao)، محقق این پژوهش و همکارانش، از کریسپر به عنوان سوئیچی برای فعال کردن و فعال نکردن ژنها استفاده کردند.
این محققان توضیح دادند که عملکرد راهنمای سیستم کریسپر هنوز وجود دارد اما بدون قیچی است. این فرآیند جدید از سوئیچ‌های مولکولی برای فعال و غیرفعال کردن ژن‌های خاص استفاده میکند.
پژوهشگران ترکیبات اپی‌ژنوم شیمیایی که نوع کار را برای ژن تعیین میکند، اصلاح کردند؛ بنابراین کنترل رفتار ژنها بدون اصلاح مستقیم DNA ممکن است. پژوهشگران قادر خواهند بود که این کار را با استفاده از شکل مرده پروتئین Cas9 انجام دهند. آنزیم Cas9، برش را انجام می‌دهد اما نوع مرده آن قادر به انجام این کار نیست.
پژوهش‌های پیشین نشان داده است که کریسپر می‌تواند حالت ژنها را در سلول تغییر دهد اما این پژوهش جدید نشان می‌دهد که برای اولین بار، به‌کارگیری این روش در حیوانات موفقیت‌آمیز بوده است. محققان گفتند که نتایج این آزمایش نشان می‌دهد که آنها به درمان انسان، یک قدم نزدیکتر شده‌اند.
محققان در مقاله خود اعلام کردند: نتایج نشان می‌دهد که فعال‌سازی ژن با روش کریسپر Cas9 در ارگانیسم‌های زنده قابل دسترسی است و به فنوتیپ‌های قابل اندازه‌گیری و بهبودی نشانه‌های بیماری منجر میشود. این پژوهش، راه‌های جدیدی برای توسعه "درمان‌های وراژنیک" هدفمند برای بیماری‌های انسانی ایجاد میکند.
- نتایج این پژوهش، در مجله علمی "Cell" به چاپ رسید.
بررسی ۹ دستاورد مهم کریسپر در مسیر درمان بیماری‌ها در سال ۲۰۱۷
پژوهشگران در چند سال اخیر با بهره‌گیری از فناوری کریسپر (CRISPR) دستاوردهای زیادی داشته‌اند. تنها در همین سال جاری میلادی خبرهای زیادی در مورد موفقیت کریسپر در درمان بیماری‌های مختلف، مقابله با باکتری‌های مقاوم به آنتی‌بیوتیک یا حشرات ناقل بیماری منتشر شده است. در ادامه با ۹ دستاورد مهم CRSPR/cas9 در سال ۲۰۱۷ آشنا می‌شویم:
۱- برای اولین بار پژوهشگران موفق به استفاده از تکنیک ویرایش ژن برای پاک‌سازی ویروس اچ‌آی‌وی از یک عضو زنده‌ی بدن شدند؛ این روش روی ۳ گونه‌ی مختلف از حیوانات جواب داده است. به کمک کریسپر، تیم تحقیقاتی دی‌ان‌ای ویروس اچ‌آی‌وی را از دی‌ان‌ای بدن جدا و موفق به از بین بردن عفونت‌ها شدند.
۲- توسعه‌ی اولین موجود زنده‌ی نیمه‌مصنوعی با کمک فناوری کریسپر اتفاق افتاد. این روش با پرورش یک نوع باکتری با نام E. coli با رمز ژنتیکی شش‌حرفی به نتیجه رسیده است؛ اطلاعات ژنتیکی در حالت عادی با ۴ حرف نوشته می‌شوند. با استفاده از کریسپر، پژوهشگران شکل‌گیری دی‌ان‌ای‌های مهاجم به وسیله‌ی باکتری‌ها را مورد پایش قرار دادند.
۳- با استفاده از روش ویرایش محتوای ژنوم، دانشمندان موفق به حذف سلول‌های سرطانی با هدف قرار دادن مرکز فرماندهی سلول‌های سرطانی شدند. در این آزمایش، سلول‌های سرطانی انسانی کبد و پروستات به بدن موش انتقال پیدا کرد و با کمک روش CRISPR/cas9، دانشمندان موفق به از بین بردن سلول‌های همجوش شدند.
۴- در تحقیقاتی دیگر، سرعت رشد سلول‌های سرطانی با استفاده از کریسپر کاهش پیدا کرده است. پژوهشگران در این تحقیق به پروتئینی با نام Tudor-SN حمله کردند که در تقسیمات سلولی نقش مهمی دارد.
۵- محققین با بهره‌گیری از کریسپر موفق به از بین بردن باکتری‌های مقاوم به آنتی‌بیوتیک شدند. در این روشباکتریوفاژها به‌نوعی قدرتمند شدند که باکتری‌های مقاوم را مجبور به از بین بردن خود می‌کنند. با تجهیز ویروس‌های میکروفاژ به توالی ژنتیکی که شامل ژن‌های مقاوم به آنتی‌بیوتیک است، دانشمندان نوعی مکانیزم خود تخریبی را در باکتری‌ها ایجاد کردند.
۶- انتشار بیماری‌های منتقل‌شده از پشه به انسان مثل زیکا یا مالاریا با استفاده از تکنیک ویرایش ژن CRISPR/cas9 محدود شد. در این روش دانشمندان با استفاده از کریسپر، موفق به شکافت ژن‌های باروری پشه و تغییر چندین رمز ژنتیکی به‌طور هم‌زمان شدند.
۷- علائم بیماری هانتینگتون در موش‌ها به‌طور موفقی مدیریت شدند و تا حدی بهبود یافته‌اند. استفاده از این تکنیک در موش‌ها برای درمان این بیماری نادر که سلول‌های مغزی را از بین می‌برد، می‌تواند امیدها برای درمان آن در انسان‌ها را افزایش دهد.
۸- فناوری کریسپر تنها در دنیای پزشکی کاربرد ندارد. به‌تازگی گروهی از دانشمندان با استفاده از این روش موفق به اصلاح و مهندسی ژنتیکی جلبک‌ها شدند. در نتیجه‌ی این عمل، تا دو برابر بیشتر سوخت‌های زیستی بر پایه‌ی جلبک به دست می‌آید.
۹- در جدیدترین تحقیق صورت‌گرفته، دانشمندان به لطف کریسپر موفق به ذخیره‌سازی تصویری متحرک در دی‌ان‌ای سلول باکتری زنده‌ی E. coli شدند. این آزمایش اولین قدم به سمت فهم محدودیت‌ها و ایجاد فضاهای ذخیره‌سازی بیولوژیک به‌حساب می‌آید.
در کنار این تحقیقات می‌توان به آزمایش‌های دیگری چون ویرایش ژنتیکی جنین انسانی اشاره کرد که امیدها را برای کاهش و کنترل بیماری‌ها در آینده افزایش می‌دهد. البته نباید فکر کرد که کریسپر عوارض جانبی ندارد. استفاده از کریسپر باعث بروز جهش‌های ژنتیکی ناخواسته میشود.