قد يبدو الأمر وكأنه علامة تجارية للحبوب ، لكن كريسبر تعد واحدة من أهم الثورات في علم الوراثة خلال حياتنا. في الأشهر الأخيرة ، ظهرت قصص حول استخدام الباحثين لبروتينات CRISPR-Cas لتعديل التسلسل الجيني للحمض النووي بشكل فعال ، وقتل فيروس نقص المناعة البشرية ، أكل زيكا مثل Pac-man و تخزين GIF في الحمض النووي للبكتيريا .
ومع ذلك ، على الرغم من إمكانات كريسبر ، إلا أنه إجراء مثير للجدل بشكل لا يصدق. يتطلب ذلك قطع خيوط من الحمض النووي وتغييرها بالكامل من أجل تغيير التركيب الجيني للشخص ، وقد ربطت دراستان جديدتان تقنية تحرير الجينات هذه بزيادة الإصابة بالسرطان.
الأوراق ، واحدة تلو الأخرى نوفارتيس والآخر بواسطة معهد كارولينسكا ، نشرت فيطب الطبيعة، استنتجوا أن تقنيات العلاج الجيني قد تضعف قدرة الشخص على محاربة الأورام ، ويمكن أن تؤدي إلى الإصابة بالسرطان ، مما يثير مخاوف بشأن سلامة العلاجات الجينية القائمة على كريسبر.
دعنا نعود قليلا بالرغم من ذلك.
انظر ذات الصلة ما هي الخلايا الجذعية وكيف يمكنها تغيير الطب؟ زرع رأس بشري: إجراء مثير للجدل تم تنفيذه بنجاح على الجثة ؛ إجراء مباشر وشيك
ركزت الورقتان على الجين p53. وجدت الأبحاث السابقة أن بعض الأورام البشرية لا يمكن أن تتطور إذا كان الجين p53 يعمل كما ينبغي. نتيجة لذلك ، يعمل p53 كآلية دفاع طبيعية لحماية الجينوم من نوع التغييرات التي أجرتها CRISPR-Cas9. عند استخدام تقنية CRISPR-Cas9 لتعديل التركيب الجيني لشخص ما ، يقفز الجين p53 للدفاع عنه ويقتل الخلايا المعدلة بشكل فعال عن طريق التسبب في تدميرها ذاتيًا. في الواقع ، هذا الجين هو الذي أخر تقدم وفعالية تقنية كريسبر في عدد من التجارب.
ومع ذلك ، في الحالات التي نجحت فيها تقنية CRISPR-Cas9 في إجراء تعديلات على جينوم الشخص ، فإنها تشير إلى أن الجين p53 للخلية المعينة معيب أو غير فعال. وهذا بدوره يمكن أن يرتبط بكون الجسم أقل قدرة على محاربة السرطان. على وجه الخصوص ، قد يتسبب الخطأ p53 في حدوث ذلكتنمو الخلايا بشكل لا يمكن السيطرة عليه وتصبح سرطانية ، وقد تم ربطها بحالاتسرطان المبيض والقولون والمستقيم.
من خلال انتقاء الخلايا التي نجحت في إصلاح الجين التالف الذي نعتزم إصلاحه ، قد نختار عن غير قصد خلايا لا تحتوي على p53 وظيفي ، كما تقول مؤلفة الدراسة إيما هابانييمي من معهد كارولينسكا شرح . إذا تم زرعها في مريض ، كما هو الحال في العلاج الجيني للأمراض الوراثية ، يمكن أن تؤدي هذه الخلايا إلى الإصابة بالسرطان ، مما يثير مخاوف بشأن سلامة العلاجات الجينية القائمة على كريسبر.
ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أن الارتباط بالسرطان ليس هو نفسه التسبب في الإصابة بالسرطان ، والنتائج في هاتين الدراستين هي ما يُعرف بالأولية ، مما يعني أن هناك حاجة إلى مزيد من العمل إما لتقوية النتائج أو رفضها. حتى أن الباحثين يسارعون في إبعاد أنفسهم عن القول إن تقنية كريسبر خطيرة. وبدلاً من ذلك ، فإنهم يثيرون قضايا صحيحة وينصحون الشركات والعلماء الذين يسعون إلى إجراء التجارب السريرية على الانتباه إلى الرابط.
تركز الدراسات أيضًا على نوع خاص جدًا من تقنية تحرير CRISPR - بروتين Cas-9 المستخدم لتصحيح الحمض النووي المصاب عن طريق إدخال حمض نووي صحي ومعدل - وهناك حاجة إلى مزيد من العمل لمعرفة ما إذا كانت الأشكال الأخرى لتحرير الجينات تثير مخاوف مماثلة. في الواقع ، في محاولة لمعالجة انتقادات سابقة مماثلة ، أبلغ باحثون من معهد سالك مؤخرًا عن حل بديل. وبدلاً من تعديل الجينات ، فإن طريقة كريسبر المزعومة (أو فوق الجين) ستشاهد الجينات تعمل أو تتوقف عن العمل ، بدلاً من قطعها.
من خلال تعديل الإيبيجينوم ، كان العلماء قادرين على التحكم في سلوك الجين دون تعديل أي DNA بشكل مباشر. تعديل الجينات بدلاً من التحرير الجيني. في التجارب التي أجريت على الفئران ، قام العلماء بعكس أعراض أمراض الكلى ، والسكري من النوع الأول ، وشكل من أشكال ضمور العضلات. كما أن لديها القدرة على القضاء على مرض الزهايمر.
ما هو كريسبر كاس 9؟
تعد CRISPR-Cas9 أداة لتحرير الجينوم قادرة على قطع الحمض النووي بطريقة مستهدفة ، مما يسمح للعلماء بتعديل اللبنات الأساسية للحياة بدقة. من المحتمل أن ترى ذلك مذكورًا جنبًا إلى جنب مع الثنائي الأقل شهرة من CRISPR-Cas1 و CRISPR-Cas2 - وكلاهما يقطع قطع الحمض النووي في جينوم البكتيريا (المزيد عن ذلك لاحقًا).
تمت ملاحظة Cas9 لأول مرة في الثمانينيات كجزء من آليات دفاع البكتيريا أحادية الخلية ، والتي تضمن أن الخلايا قادرة على إزالة الدخلاء غير المرغوب فيهم. وجد العلماء أنه من خلال تكييف التكنولوجيا ، يمكنهم استهداف تسلسل الجينوم بسرعة ودقة ودقة غير مسبوقة.
صورة CRISPR-Cas9 مثل البحث والاستبدال في مستند الكمبيوتر ، فقط بدلاً من الكلمات ، أنت تقوم بتحرير التسلسلات الجينية.يعد التعديل الدقيق للحمض النووي بمثابة الكأس العلمية المقدسة ، والإمكانيات هائلة. يمكن استخدامه للقضاء على الأمراض - حتى الأمراض الوراثية مثل التليف الكيسي وفقر الدم المنجلي ومرض هنتنغتون يمكن أن تصبح شيئًا من الماضي.
الاسم CRISPR هو اختصار للتكرارات القصيرة المتناظرة المتباعدة بانتظام والتي تكون أقل جاذبية. يشير جزء Cas إلى CRISPR المرتبط.
كريسبر-كاس 9: كيف يعمل؟
تعد تقنية كريسبر جزءًا من دفاعات بكتيريا معينة تحدث بشكل طبيعي. عندما تكتشف بكتيريا فيروسًا غازيًا ، فإنها تكون قادرة على نسخ ومزج أجزاء من الحمض النووي الغريب في جينومها الخاص حول تقنية كريسبر. يقوم Cas9 بعملية القطع ، بينما يقوم Cas1 و Cas2 بإدخال الحمض النووي الخارجي في جينوم الخلية.
لا يمكن الوصول إلى مجلد مشترك windows 10
في المرة التالية التي يتم فيها اكتشاف الفيروس ، تمتلك كريسبر نسخة دقيقة من تسلسل الجينوم الذي يجب البحث عنه ، وهنا يأتي دور بروتين كاس: يمكنه قطع الحمض النووي وتعطيل الجينات غير المرغوب فيها بدقة لا تصدق.
أو، كما يشرح كارل زيمر : عندما تمتلئ منطقة كريسبر بالحمض النووي للفيروس ، فإنها تصبح معرضًا جزيئيًا مطلوبًا للغاية ، يمثل الأعداء الذين واجههم الميكروب. يمكن للميكروب بعد ذلك استخدام هذا الحمض النووي الفيروسي لتحويل إنزيمات كاس إلى أسلحة دقيقة التوجيه. ينسخ الميكروب المادة الوراثية في كل فاصل إلى جزيء RNA. ثم تلتقط إنزيمات كاس أحد جزيئات الحمض النووي الريبي وتضعه في مهده. معًا ، ينجرف الحمض النووي الريبي الفيروسي وإنزيمات كاس عبر الخلية. إذا واجهوا مادة وراثية من فيروس يطابق CRISPR RNA ، فإن RNA يلتصق بإحكام. تقوم إنزيمات كاس بعد ذلك بقطع الحمض النووي إلى قسمين ، مما يمنع الفيروس من التكاثر.
في عام 2012 ، نشر علماء من جامعة كاليفورنيا ، بيركلي ، a ورقة رائدة أظهروا أنهم قادرون على إعادة برمجة نظام المناعة CRISPR-Cas لتحرير الجينات حسب الرغبة. يستخدم CRISPR-Cas9 بروتين Cas محددًا و RNA هجينًا يمكنه تحديد أي تسلسل جيني وتحريره. الاحتمالات هائلة.
باختصار ، تسرد كريسبر تسلسلات الحمض النووي لاستهدافها ، ثم يقوم Cas9 بعملية القطع. يحتاج العلماء فقط إلى برمجة كريسبر بالشفرة الصحيحة ، ويقوم Cas9 بالباقي.
يمكن أن ينطبق هذا أيضًا على الجينات المعيبة - يمكن إزالة الأقسام التي تسبب مشاكل حاليًا باستخدام CRISPR-Cas9 ، ثم استبدالها بشفرة وراثية صحية ، مما يحل المشكلة نظريًا.
كريسبر-كاس 9: هل تم استخدامه على البشر؟
نعم في الصين . باستخدام أجنة بشرية مأخوذة من عيادة الخصوبة ، حاول العلماء استخدام كريسبر كاس 9 لتعديل الجين الذي يسبب ثلاسيميا بيتا في كل خلية. وتجدر الإشارة إلى أن الأجنة المانحة المستخدمة كانت غير قابلة للحياة ، ولا يمكن أن تكون قد أسفرت عن ولادة حية.
على أي حال ، فشلت وفشلت فشلاً ذريعاً: تم حقن 86 جنيناً ، وبعد 48 ساعة ونمت حوالي ثماني خلايا ، نجا 71 ، وخضع 54 منها للاختبار الجيني. تم تقطيع 28 فقط بنجاح ، واحتوى عدد قليل جدًا على المادة الجينية التي قصدها الباحثون.إذا كنت ترغب في القيام بذلك في أجنة طبيعية ، فعليك أن تكون قريبًا من 100٪ ، أيها الباحث الرئيسي قال Jungiu هوانغطبيعة . لهذا توقفنا. ما زلنا نعتقد أنها غير ناضجة للغاية.
علاوة على ذلك ، من المحتمل جدًا حدوث المزيد من الأضرار غير الموثقة. مثل نيويورك تايمز يشرح :يشير الباحثون الصينيون إلى أنه في تجربتهم ، من شبه المؤكد أن تحرير الجينات تسبب في أضرار جسيمة أكثر مما وثقوا ؛ لم يفحصوا الجينومات الكاملة لخلايا الجنين.
كما قد تتخيل ، فقد تسبب في قدر كبير من الجدل في المجتمع العلمي.
في نوفمبر 2016 ، أصبحت مجموعة أخرى من العلماء الصينيين أول من استخدم تقنية CRISPR-Cas9 على إنسان بالغ ، عن طريق حقن المريض المصاب بسرطان الرئة بالخلايا المناعية التي تم تعديلها بواسطة كريسبر لتعطيل بروتين PD-1 ، مما يجعل جسم المريض نظريًا يقاوم السرطان. .
ثم ، في دراسة نُشر في 3 أغسطس ، نجح العلماء في 'تحرير' الأجنة البشرية ، وإزالة الجزء المعيب من الحمض النووي الذي يمكن أن يؤدي إلى أمراض القلب الوراثية. لقد كان إنجازًا بارزًا ووفر سبلًا للوقاية المحتملة من حوالي 10000 اضطراب وراثي للطفرة المفردة (أي الأمراض التي يسببها جين واحد معيب) في البشر في المستقبل.
كريسبر- Cas9 والأخلاق
على الرغم من أن العلماء الصينيين استخدموا الأجنة التي لن تتطور إلى الحياة ، إلا أن هناك مخاوف أخلاقية حقيقية بشأن إجراء التجارب على الأجنة البشرية - في الواقع ، قبل شهر واحد فقط من نشر البحث الصيني ، حثت مجموعة من العلماء الأمريكيين العالم على عدم القيام بذلك .
يعود جزء من هذا إلى مدى عدم نضج التكنولوجيا - تذكر أنها كانت قيد الاستخدام النشط فقط منذ عام 2012 ، وسيكون من المذهل إذا تم نضجها بالكامل في هذه المرحلة. حذر العلماء من أنه كان يساء فهمه وخطيرًا لاستخدامه على البشر في هذه المرحلة ، ويؤكد البحث الصيني بالتأكيد هذا القلق. حتى لو نجح الأمر بشكل لا تشوبه شائبة ، فهناك مخاوف من حدوث عواقب غير متوقعة على مدى أجيال.
ولكن ، حتى لو كانت آمنة وناجحة بنسبة 100٪ ، فهناك مخاوف أخلاقية أخرى: بينما لا أحد يجادل بأنه يجب علينا كبح إمكانية القضاء على الأمراض الوراثية القاتلة مثل مرض هنتنغتون والتليف الكيسي ، من المحتمل أن يوفر CRISPR-Cas9 فرصة للتغيير أي شيء عن شخص. طالما تم تحديد التسلسل الجيني ، من الناحية النظرية ، يمكن تحريره.
إزالة الأمراض التي تؤثر على الحياة قبل الولادة شيء - شيء آخر تمامًا أن يتمكن الآباء من تصميم أطفالهم ليكونوا أقوى وأسرع وأفضل مظهرًا. حتى إذا قبلت أن هذا شيء يجب أن يُسمح للناس بفعله ، فمن المحتمل أن يتم تسويقه بشكل كبير ، مما يضمن أن الأغنياء فقط هم من يستطيعون تحمل جميع مزايا الحياة الإضافية التي قد يوفرها هذا ، مما يؤثر بشكل كبير على عدم المساواة
كريسبر-كاس 9: ما الذي تم إنجازه حتى الآن؟
بالطبع ، تقع هذه الأسئلة الأخلاقية على بعد مليون ميل عندما تسببت التجربة البشرية الجنينية الوحيدة المسجلة في مثل هذه الانتكاسة الكبيرة. ومع ذلك ، تُظهر تقنية CRISPR-Cas9 الآن نتائج واعدة للغاية في اختبارات أصغر.
الامثله تشمل الوقاية من الإصابة بفيروس نقص المناعة البشرية في الخلايا البشرية و علاج أمراض الفئران الوراثية و زوج من القرود ولدوا بطفرات مستهدفة .
تظهر كريسبر أيضًا كوسيلة فعالة لتخزين البيانات داخل الحمض النووي. في مارس 2017 ، نشر زوجان من الباحثين في مركز الجينوم في نيويورك تقريرًا في علم مجلة تفصل طرق تخزين الملفات المضغوطة في جزيئات الحمض النووي. بمساعدة خوارزمية لترجمة الملفات إلى رمز ثنائي يمكن تعيينه على قواعد نوكليوتيدات الحمض النووي ، تمكن الباحثون من ترميز إجمالي ستة ملفات: ورقة أكاديمية عام 1948 ، لوحة بايونير ، ونظام تشغيل ، و الفيروس ، فيلم 1895وصول قطار في محطة La Ciotat... وبطاقة هدايا أمازون بقيمة 50 دولارًا.
بعد بضعة أشهر ، فريق من العلماء في كلية الطب بجامعة هارفارد قام بتشفير مقطع فيديو متكرر في الحمض النووي لخلية بكتيريا E.Coli الحية . الهدف هو تطوير نظام لصنعالمسجلات الجزيئية - الحمض النووي القادر على تسجيل المعلومات الخاصة به من محيطه. يمكن استخدام هذا في كل شيء بدءًا من مراقبة تلوث التربة وحتى إحداث ثورة في فهمنا للنشاط العصبي.
كجزء من برنامج الجينات الآمنة DARPA ، تضم الفرق السبعة أبقيادة الدكتور أميت شودري في كلية الطب بجامعة هارفارد والذي يطور طرقًا للسيطرة على البعوض الذي ينشر الملاريا ، وهو فريق ثان من كلية الطب بجامعة هارفارد يتطلع إلى استخدام تقنية كريسبر للكشف عن الطفرات التي يسببها الإشعاع وعكس مسارها. يهدف فريق جامعة ولاية كارولينا الشمالية بقيادة الدكتور جون جودوين إلى استهداف أنظمة محرك الجينات في الفئران لإدارة الأنواع الغازية ، بينما تريد جامعة كاليفورنيا ، بيركلي استخدام تقنية كريسبر لاستهداف فيروسات زيكا والإيبولا. القائمة الكاملة للمشاريع وتفاصيل الفريق متوفرة على موقع DARPA.
في الآونة الأخيرة ، شارك عالم الأحياء الهيكلية Osamu Nureki من جامعة طوكيو لقطات مذهلة من CRISPR وهو يعدل الحمض النووي في الوقت الفعلي والتي شكلت جزءًا من الورقة البحثية الأخيرة لفريقه ، والتي نُشرت في المجلة. اتصالات الطبيعة . يُظهر المقطع أدناه CRISPR وهو يبحث في الحمض النووي قبل إجراء تعديلاته. يمكنك أن ترى أن خيطًا من الحمض النووي ينفصل.
تم عرض اللقطات في الأصل على الحاضرين في كريسبر 2017 المؤتمر الذي عقد في يونيو. تم تقديم الورقة بعد هذا المؤتمر وتم نشرها في 10 نوفمبر.
CRISPR-Cas9: هل ستأتي إلى المملكة المتحدة؟
نعم. باحثو الخلايا الجذعية في المملكة المتحدة سعى للحصول على إذن لتعديل الأجنة البشرية في محاولة لفهم التطور البشري المبكر ، وتقليل احتمالية الإجهاض. في فبراير 2016 ،منحت هيئة الإخصاب البشري وعلم الأجنة (HFEA) الإذن.
CRISPR-Cas9: لماذا تعد تقنية CRISPR سيئة؟
كما ذكرنا سابقًا ، يمكن لـ Cas9 فقط التعرف على التسلسلات الجينية التي يبلغ طولها حوالي 20 قاعدة ، مما يعني أنه لا يمكن استهداف التسلسلات الأطول.والأهم من ذلك ، أن الإنزيم لا يزال يقطع أحيانًا في المكان الخطأ. سيكون اكتشاف سبب هذا اختراقًا مهمًا في حد ذاته - وسيكون إصلاحه أكبر.
ثم ، بالطبع ، هناك مشكلة تتمثل في أن تقنية كريسبر لم تعمل بشكل جيد للغاية في الأجنة البشرية ، وارتباطاتها الحديثة بالسرطان.
كريسبر-كاس 9: من يمتلكها؟
هذا ليس سؤالا بسيطا للإجابة عليه. إنها تخضع لمعركة براءات اختراع مستمرة - بشكل مدهش ، نظرًا لأن كريسبر يحدث بشكل طبيعي في بكتيريا معينة.
مراجعة التكنولوجيايشرح ذلك ، على الرغم من وصف CRISPR-Cas9 لأول مرة فيعلمفي عام 2012 بواسطة جينيفر دودنا من جامعة كاليفورنيا في بيركلي ، فاز فنغ تشانغ من معهد برود براءة اختراع لهذه التقنية من خلال تقديم دفاتر ملاحظات معملية تثبت أنه اخترعها أولاً.
يعني تقديم حقوق براءة الاختراع أولاً أن هذا يجب أن يُمنح إلى Doudna ، ولكن كان من الممكن اتخاذ القرار بناءً على قواعد الاختراع الأولى ، والتي كانت ستفضل Zhang. في النهاية، تم حل القضية في فبراير 2017 ، عندما قرر مجلس محاكمة البراءات والاستئناف الأمريكي منح جامعة كاليفورنيا في بيركلي براءة اختراع لاستخدام CRISPR-Cas9 في أي خلية حية ، في حين أن Broad ستحصل عليه في أي خلية حقيقية النواة - أي الخلايا في النباتات والحيوانات.
الصور: بيترا بي فريتز و فييدون و معرض صور المعاهد الوطنية للصحة ، و ستيف جورفيتسون مستخدمة تحت المشاع الإبداعي
