ژنوم انسان حدود سه میلیارد جفت باز را در هر سلول جای میدهد. اگرچه ابزارهایی مانند کریسپر، ویرایش ژنهای منفرد و بازهای اسید نوکلئیک منفرد را متحول کردهاند، اما محققان دریافتهاند که تغییر دقیق بخشهای بزرگتر دی ان ای شامل هزاران یا میلیونها باز، بسیار دشوار است.
اکنون، تیمی از دانشمندان چینی به رهبری گائو کایشیا، محقق اصلی موسسه ژنتیک و زیستشناسی تکاملی آکادمی علوم چین، با ایجاد ابزاری که میتواند میلیونها جفت باز دی ان ای (واحدهای بنیادی کد حیات) را به طور دقیق دستکاری کند، بر یک چالش چند دههای در مهندسی ژنتیک غلبه کردهاند.
پروفسور یین هائو، متخصص ویرایش ژن در موسسه تحقیقات پزشکی دانشگاه ووهان، که بخشی از این تحقیق نبود، این پیشرفت را پیشرفتی بسیار مهم توصیف کرده است. او در گفتگو با روزنامه ساوت چاینا مورنینگ پست (SCMP) افزود که این توسعه میتواند زمینهساز پیشرفتهای تحولآفرین در زیستپزشکی و کشاورزی باشد.
جهش بزرگ در ویرایش ژنوم گیاهان با سیستمهای PCE
دانشمندان به عنوان بخشی از مطالعه خود، یک روش ویرایش ژن ده ساله را بهبود بخشیدند و استفاده از آن را بسیار آسانتر و به طور قابل توجهی کارآمدتر کردند. این مقاله که در مجله معتبر Cell منتشر شده است، توضیح میدهد که چگونه سیستمهای جدید مهندسی کروموزوم قابل برنامهریزی (PCE) میتوانند قطعات بزرگ دی ان ای ، شامل میلیونها باز، را در موجودات عالیتر، به ویژه گیاهان، به طور دقیق اصلاح کنند.
این پیشرفت میتواند تحقیقات در زمینههای با رشد سریع مانند کشت بذر کشاورزی و زیستشناسی مصنوعی را تغییر شکل دهد. شعبه پکن آکادمی علوم چین اظهار داشت که با امکان دستکاری تنوع ساختاری ژنومی، این فناوری راههای جدیدی را برای بهبود صفات محصولات زراعی و درمان بیماریهای ژنتیکی باز خواهد کرد. SCMP گزارش داد که این فناوری همچنین ممکن است پیشرفت به سمت کروموزومهای مصنوعی را که پتانسیل گستردهای برای کاربردهای نسل بعدی در زیستشناسی مصنوعی دارند، سرعت بخشد.
پروفسور یین توضیح داد که این سفر با Cre-Lox، یک آنزیم کلیدی در زیستپزشکی که به طور گسترده برای درج، معکوس کردن یا جایگزینی بخشهای بزرگ دی ان ای و انجام سایر ویرایشهای ژنتیکی استفاده میشود، آغاز شد. با این حال، از زمان کشف آن در دهه 1980، محدودیتهای Cre-Lox محققان را دلسرد کرده است. با افزایش اندازه قطعه دی ان ای مورد نظر، کارایی آن به طور قابل توجهی کاهش مییابد و آنزیم اغلب “زخمهایی” از خود به جا میگذارد که کار ژنتیکی بیشتر را پیچیده میکند.
پیشرفتها در ویرایش ژنوم نویدبخش تغییرات دائمیتر دی ان ای است
این دانشمند ساکن ووهان خاطرنشان کرد که از آنجا که توالیهای دی ان ای ویرایششده قابل معکوس شدن هستند، این تغییرات اغلب علیرغم تلاشهای گسترده برای دستیابی به اصلاحات ژنتیکی خاص، موقتی هستند.
این جایی است که گائو و تیمش وارد عمل شدند. آنها با تمرکز بر فناوریهای ویرایش ژنوم، بهویژه در کشاورزی، استراتژیهای ویرایش را برای غلبه بر این چالشها، مجدداً طراحی و بهینهسازی کردند و در نتیجه روشهای جدیدی ایجاد کردند که بهطور قابلتوجهی این حوزه را پیش میبرد. این تکنیک جدید PCE، دستکاری دقیق قطعات دی ان ای را با کارایی بیش از ۳.۵ برابر ویرایشگر آنزیم اصلی ارائه میدهد، در حالی که جای زخم را از بین میبرد و خطر معکوس شدن را به حداقل میرساند.
در حالی که دانشمندان پیش از این برای یافتن تنها یک دانه با ویژگیهای مورد نظر، نیاز به ویرایش ۱۰۰۰ دانه داشتند، این ابزار پیشرفته اکنون این تعداد را به تنها ۱۰۰ دانه کاهش میدهد و حجم کار محققان را بهطور قابلتوجهی کاهش میدهد. علاوه بر این، انتظار میرود که سیستمهای PCE در نهایت جایگزین سیستمهای موجود Cre-Lox در آزمایشگاههای سراسر جهان شوند و کارایی بیشتری را هم در تحقیقات پزشکی و هم در مهندسی کشاورزی به ارمغان بیاورند.