کریسپر: ابزار ویرایش و تغییر هدفمند DNA

زیست‌شناسان هر روز به ابزارها و روش‌های دقیق‌تر و کارآمدتری برای ویرایش و تغییر هدفمند DNA دست پیدا می‌کنند و کریسپر (CRISPR) یکی از پُر کاربردترین آنها شده است. کریسپر در اصل به توالی ویژه‌ای در باکتری‌ها گفته می‌شود که تکه‌هایی از DNA ویروسی مهاجم به باکتری را در خود دارند و به باکتری‌ها امکان می‌دهد DNA ویروس‌های مشابه را شناسایی و نابود کنند.

شناخت اجزای این سامانه دفاعی باکتری‌ها، دانشمندان را به طراحی سامانه کریسپر برای تغییر هدفمند فعالیت ژنوم (مجموعه ژن‌ها) رهنمون گشته است. برخی از دانشمندان می‌خواهند با کمک این روش به اصلاح برخی ویژگی‌ها در جنین انسان و جانوران دیگر بپردازند که بحث‌های بسیاری را برانگیخته است.

در ادامه شما می‌توانید به کمک یک عکس نوشته با چند شیوه بهره‌گیری از کریسپر برای ایجاد تغییر در ژنوم آشنا شوید.

اینجا را قیچی کن

کریسپر Cas9 شامل دو بخش اصلی است: آنزیم Cas9 که DNA را برش می‌زند و تکه‌ای RNA که این قیچی‌های مولکولی را به سوی توالی مورد نظر دانشمندان راهنمایی می‌کند.

قیچی‌های شکسته

آنزیم Cas9 را می‌توان چنان تغییر داد که نتواند DNA را برش بزند. اما RNAی راهنما هنوز می‌تواند به توالی خاصی در DNA متصل شود.

• فعالسازی کریسپر: پروتئین فعال کننده را می‌توان به پروتئین Cas9 شکسته (بدون فعالیت برش)، متصل کرد تا ژن خاصی را به فعالیت وادار کند.
• مهارسازی کریسپر: آنزیم شکسته (بدون فعالیت برش) از اتصال دیگر پروتئین‌ها جلوگیری می‌کند. اگر RNA پلیمراز اتصال نیابد، در واقع از فعالیت آن ژن جلوگیری شده است.

کریسپر و اپی ژنتیک

پروتئین Cas9 شکسته (بدون فعالیت برش) را می‌توان به تغییر دهنده‌های اپی ژنتیکی وصل کرد، مانند آنهایی که گروه‌های متیل (Me) را به DNA یا گروه‌های استیل (Ac) را به پروتئین‌های هیستون می‌افزایند. با این روش، پژوهشگران می‌توانند بررسی کنند این تغییرها چه اثری بر فعالیت ژنوم و پویایی DNA دارند.

کریسپر القاپذیر

پروتئین Cas9 شکسته یا نشکسته را می‌توان به سوئیچ‌های مولکولی وصل کرد تا بتوان آن را با مواد خاص یا پرتوهای خاص فعال یا غیرفعال کرد.

آیا ویرایش ژن با کریسپر می‌تواند خطرساز باشد؟

هدف از ویرایش ژن تغییر یک توالی خاص DNA در ژنوم سلول‌ها است، بی‌آنکه بقیه DNA تغییر کند. اما در عمل هر روش ویرایش ژن، گاهی با تغییرهای ناخواسته همراه است. اگر میزان این تغییرهای ناخواسته پایین باشد، مانند بیشتر جهش‌ها، پیامدی برای جاندار ندارد. اما جهش در برخی ژن‌ها می‌تواند به سرطان بینجامد و بنابراین، ایمنی کریسپر بستگی دارد به اینکه چقدر از این جهش‌های ناخواسته در پی داشته باشد.

به تازگی استیفن سانگ از مرکز پزشکی دانشگاه کلمبیا، توالی DNA را در ژنوم دو موش ویرایش یافته با کریسپر بطور کامل تعیین کرد و با مقایسه آن با ژنوم موش ویرایش نیافته، بیش از یک هزار جهش معمول را در موش‌های ویرایش یافته شناسایی کرد که گمان می‌کند نتیجه فعالیت کریسپر باشند. البته کار این دانشمند یک بررسی کوچک به شمار می‌آید و نتیجه‌گیری درباره پیامدهای ویرایش ژن با کریسپر به پژوهش‌های بیشتر نیاز دارد.

منابع

1. nature ترجمه مجله دانشمند.