يمكن استخدام سلاح تستخدمه الفيروسات في حربها التي لا تنتهي مع البكتيريا لإيقاف أقوى أداة لتحرير الجينات في العالم.
وهذا بدوره يمكن أن يقلل من خطر قيام نظام القطع واللصق البكتيري ، المسمى CRISPR-Cas9 ، بقص الجينات الخاطئة وإدخال تغييرات وراثية هاربة إلى البشر أو الأنواع الأخرى في البرية.
وقال الباحثون في دراسة جديدة ، اكتشف العلماء أن بروتينًا صغيرًا يغلق النظام ، وعلى الأقل في طبق بتري ، يعمل البروتين في الخلايا البشرية.
قال مؤلف الدراسة جوزيف بوندي دينومي ، عالم الأحياء الدقيقة بجامعة كاليفورنيا ، "إنه في الأساس مجرد بروتين واحد يمكننا صنعه في الخلية أو توصيله إلى الخلية التي ستوقف تشغيل Cas9 ، وتوقفه عن ربط وقطع الحمض النووي". سان فرانسيسكو.
البحث والاستبدال الوراثي
مجمع CRISPR-Cas9 هو أداة قوية في الدفاع المناعي البكتيري ضد الفيروسات الغازية. عندما يتسلل الفيروس إلى خلية بكتيرية ، تقوم البكتيريا بتعبئة تسلسل من الحمض النووي ، يسمى CRISPR ، أو "متجمعة بشكل منتظم تتكرر بشكل متكرر قصير." يتكون DNA من كتل قصيرة من أزواج القاعدة المتكررة المفصولة بواسطة DNA spacer. تنسخ البكتيريا وتدخل تسلسل الحمض النووي الفيروسي في منطقة كريسبر وتنتج شقين من الحمض النووي الريبي. ثم يرتبط هذا الحمض النووي الريبي بإنزيم يسمى Cas9 ، والذي يعمل بمثابة مقص مقص موجه ، يتجه إلى الحمض النووي الفيروسي المستهدف ويقصه. وأخيرًا ، تقوم الخلية بإصلاح الحمض النووي ، واستبدال مقتطف الحمض النووي المحذوف بقطعة بديلة أخرى (مقدمة من العلماء). بشكل أساسي ، يمكن استخدام نظام CRISPR / Cas9 كـ "بحث واستبدال" جيني.
تعني سهولة استخدام نظام كريسبر أنه يمكن استخدامه لأي تقنية تعديل جيني تقريبًا. على سبيل المثال ، يمكن للأطباء في يوم من الأيام تحرير الخلايا المناعية البشرية في المختبر للتعرف على الخلايا السرطانية ، ثم حقن هذه الخلايا مرة أخرى في الشخص كعلاج للسرطان المستهدف ، قال Bondy-Denomy. في الآونة الأخيرة ، استخدم الباحثون في الصين كريسبر لتحرير الأجنة البشرية ذات العيوب الوراثية الخطيرة ، على الرغم من أنها لم تسمح للأجنة بالنضوج.
تأثيرات خارج الهدف
ومع ذلك ، يعاني نظام تحرير الجينات من مشكلة: فهو لا يزال في بعض الأحيان يقطع تسلسلات DNA الخاطئة. Cas9 يلتصق أيضًا لفترة طويلة جدًا ؛ وقال بوندي دينومي لـ Live Science إن الأمر يستغرق حوالي 24 ساعة حتى تتحلل نصف Cas9 بواسطة خلية ، مما يمنحها الكثير من الوقت لإجراء تخفيضات خارج الهدف للحمض النووي.
وقال بوندي دينومي إنه إذا كان Cas9 لديه مفتاح "إيقاف" ، فإن ذلك سيجعل إمكانية الهندسة الوراثية البشرية أكثر أمانًا.
ورأى هو وزملاؤه أنه يجب أن يكون للفيروسات طريقة ما لإيقاف تشغيل CRISPR / Cas9. للتكرار ، غالبًا ما تقوم الفيروسات بإدخال الحمض النووي الخاص بها في جينوم البكتيريا ، مما يساعد في تكوين الآلية الوراثية للخلية لعمل العديد من النسخ من الحمض النووي الفيروسي. بهذا المنطق ، إذن ، يجب أن يكون للفيروسات طريقة لإلغاء تنشيط CRISPR / Cas9 ، وإلا فإن الجهاز المناعي للبكتيريا قد يحدد الحمض النووي الفيروسي المستهدف في الجينوم الخاص به ، ويقطعه ويسبب نفسه للتدمير الذاتي ، و Bondy-Denomy و قال الزملاء.
قال بوندي دينومي لـ Live Science: "يجب على Cas9 أن يصنع حمضًا نوويًا ريبيًا يقوم بعد ذلك بفك الفيروس الذي يحدث في الجينوم الخاص به - إنه ليس ذكيًا بما يكفي لمعرفة أنه موجود في الجينوم الخاص به". وقد اعتقد الفريق أنه إذا كانت الخلية البكتيرية مستقر ولا يدمر نفسه ، "ثم ربما هذا الفيروس يصنع بروتين مثبط."
ثم نظر الفريق إلى 300 سلالة الليستريا البكتيريا ، التي تسبب الأمراض التي تنتقل عن طريق الغذاء ، لعلامات أن الحمض النووي الفيروسي قد اخترق الجينوم البكتيري. ومع ذلك ، لم تكن البكتيريا ذاتية التدمير. ومن هناك بحثوا عن البروتينات المعطلة الليستريانسخة من Cas9 ، والتي تشبه إلى حد كبير تلك المستخدمة في معظم المختبرات حول العالم ، تسمى SpyCas9.
وجد الباحثون أربعة بروتينات مضادة لـ CRISPR ، اثنان منها يعملان ضد SpyCas9 شائع الاستخدام ، حسبما أفاد الباحثون اليوم (29 ديسمبر) في مجلة Cell. في طبق بتري ، يعمل هذان البروتينان المضادان لـ CRISPR أيضًا في الخلايا البشرية لإلغاء تنشيط نظام CRISPR / Cas9.
هندسة أكثر أمانًا
لا يزال يتعين على الفريق أن يثبت أن استخدام البروتينات المضادة لـ Cas9 يقلل من إمكانية القطع خارج الهدف لـ Cas9 ، ولا يعرفون إلى متى يستمر البروتين في الخلايا. ومع ذلك ، إذا تمكنوا من إظهار عمل البروتين في الجسم الحي ، فسيكون الاكتشاف الجديد قادرًا على جعل تحرير الجينات أكثر أمانًا من خلال القضاء على Cas9 بسرعة.
قال بوندي دينومي: "إنك لا تعتمد على تدهوره السلبي ؛ فأنت في الواقع تضمن إيقاف تشغيله".
يمكن استخدام التقنية أيضًا لتطبيقات أخرى. على سبيل المثال ، ناقش الناس استخدام Cas9 لإدخال جين متحور في مجموعة كاملة من البعوض لاستئصالها أو منع انتشار بعض الأمراض.
وقال بوندي دينومي: "إن هذا في الأساس يطلق العنان للإرهاب البيولوجي على كائن حي" ، والذي يمكن أن يكون له عواقب جيدة أو سيئة أو غير متوقعة تمامًا. وقال بوندي دينومي إن هذه البروتينات المضادة لـ CRISPR يمكن أن تكون مفتاح تشغيل أو آلية تحكم سهلة الاستخدام في حالة الحاجة إلى كبح هذه الهندسة على مستوى الأنواع.
