ما شاهد پیشرفتهای اخیر در روش ویرایش ژن کریسپر (CRISPR)، از افزایش دقت گرفته تا تکنیکهای جدید برای مسدود کردن این فرآیند، بودهایم. اما با وجود همه این نوآوریها، این تکنیک عموماً فقط قادر به اصلاح یک ژن واحد در یک زمان است. یک پیشرفت جدید و باورنکردنی از دانشمندان ETH زوریخ، برای اولین بار، یک روش جدید CRISPR را نشان داده است که میتواند دهها ژن را به طور همزمان اصلاح کند و امکان برنامهریزی مجدد سلولی در مقیاس بزرگتر را فراهم کند.
در مقالهای که اخیراً در مجله Nature Methods منتشر شده است، تیمی از دانشمندان ETH نشان دادند که فرآیند ویرایش ژن جدید آنها میتواند 25 جایگاه هدف مختلف را به طور همزمان اصلاح کند. دانشمندان میگویند که این تکنیک جدید لزوماً به 25 هدف محدود نمیشود، بلکه از نظر تئوری میتواند به صدها اصلاح ژن همزمان افزایش یابد.
راندال پلات، از ETH زوریخ در بازل، میگوید: “به لطف این ابزار جدید، ما و سایر دانشمندان اکنون میتوانیم به چیزی دست یابیم که در گذشته فقط میتوانستیم رویای انجام آن را داشته باشیم. روش ما برای اولین بار ما را قادر میسازد تا به طور سیستماتیک کل شبکههای ژنی را در یک مرحله اصلاح کنیم.”
چالشهای گذشته
تا همین چند سال پیش، کریسپر بیشتر برای هدفگیری یک ژن خاص در هر بار ویرایش بهکار میرفت. اگرچه این رویکرد برای بسیاری از پژوهشها کافی بود، اما در مواردی مثل بیماریهای چندژنی (مانند برخی سرطانها یا اختلالات متابولیک)، یا اصلاح صفات پیچیده در گیاهان و حیوانات، کافی نبود. نیاز به ابزاری بود که بتواند چندین ژن را همزمان دستکاری کند تا اثرات شبکهای و چندلایهی ژنتیک آشکار شود.
تکنیک جدید
این تکنیک به جای استفاده از آنزیم سنتی Cas9 که در اکثر کارهای کریسپر استفاده میشود، از آنزیم کمتر شناختهشده Cas12a استفاده میکند. تحقیقات قبلی نشان داده است که آنزیم Cas12a در توانایی شناسایی ژنهای هدف کمی دقیقتر است، با این حال، تحقیقات جدید نشان میدهد که Cas12a همچنین میتواند مولکولهای آدرس RNA کوتاهتر را در مقایسه با Cas9 مدیریت کند.
تکنیک کلی CRISPR-Cas با استفاده از یک توالی RNA از پیش طراحیشده، به نام RNA راهنما، هدف خود را در یک توالی DNA قرار میدهد. این مولکول RNA مانند یک برچسب آدرس عمل میکند. این تکنیک جدید شامل طراحی یک پلاسمید جدید یا مولکول DNA حلقوی است که میتواند تعدادی از برچسبهای آدرس RNA مختلف را در خود جای دهد. یکی از نقاط قوت آنزیم Cas12a توانایی آن در خواندن مؤثر توالیهای آدرس RNA کوتاهتر است.
پلات توضیح میدهد: “هرچه این توالیهای آدرسدهی کوتاهتر باشند، میتوانیم تعداد بیشتری از آنها را در یک پلاسمید جای دهیم.”
ژنها به روشهای فوقالعاده پیچیدهای با یکدیگر تعامل دارند. بنابراین، اگرچه ویرایش تک ژنی میتواند زمانی مفید باشد که بدانیم یک بیماری خاص تنها توسط یک ژن ایجاد میشود، اما واقعیت نهفته در بسیاری از اختلالات بسیار پیچیدهتر است. این تکنیک نوآورانه جدید اکنون به دانشمندان این امکان را میدهد تا با تأثیرگذاری بر تعدادی از ژنها در یک مرحله، تعاملات ژنتیکی گستردهای را بررسی کنند.
کاربردها
پزشکی:
- درمان بیماریهای چندژنی مثل دیابت نوع ۲ یا برخی اختلالات عصبی.
- طراحی درمانهای شخصیسازیشده برای بیماران با جهشهای متنوع.
- تقویت ایمنی سلولهای CAR-T برای مقابلهی همزمان با چندین مکانیسم دفاعی سرطان.
کشاورزی:
- اصلاح چندین ژن برای بهبود مقاومت گیاهان در برابر خشکی، آفات و تغییرات آبوهوایی.
- افزایش بازده و ارزش غذایی محصولات با دستکاری شبکههای متابولیکی.
تحقیقات بنیادی:
- بررسی تعامل ژنها و مسیرهای مولکولی پیچیده.
- مدلسازی دقیقتر بیماریها در سلولها و حیوانات آزمایشگاهی.
چالشها و نگرانیها
با وجود این پیشرفت چشمگیر، چالشهایی همچنان باقی است:
- خطای خارج از هدف (off-target effects) که میتواند باعث تغییرات ناخواسته شود.
- مسائل اخلاقی، بهویژه در کاربردهای انسانی و اصلاح ژنوم جنینی.
- محدودیت در انتقال مولکولهای بزرگ به سلولها بهصورت ایمن و کارآمد.
جمعبندی
امکان ویرایش همزمان چندین ژن با متد کریسپر نقطهی عطفی در زیستفناوری به شمار میآید. این پیشرفت نه تنها دریچهای تازه به سوی درمان بیماریهای پیچیده باز کرده، بلکه آیندهی کشاورزی و پژوهشهای زیستپزشکی را نیز متحول میکند. با این حال، بهرهبرداری از این فناوری نیازمند دقت، نظارت اخلاقی و توسعهی ابزارهای ایمنتر است.