کریسپر (CRISPR)، کلید دستیابی به ویرایش ژنوم
یکی از فناوری‌های نوین در حوزه بیوتکنولوژی و مهندسی زیستی، تکنولوژی CRISPR است؛ ابزاری قدرتمند برای ویرایش ژنوم. این فناوری که توسط جنیفر دودنا و همکار او امانوئل شارپانتیه اختراع شده است، یک تکنولوژی نوآورانه است که قابلیت درمان بیماری‌های ژنتیکی و تحول کامل علم پزشکی را داراست.
فهرست مطالب (کلیک کنید)
CRISPR چگونه کار می‌کند؟
باکتری‌ها یک سیستم ایمنی تطبیقی به نام CRISPR دارند که امکان تشخیص و از بین بردن DNA ویروسی را به آنها میدهد. یکی از اجزای این سیستم، پروتئین Cas9 است که می‌تواند به‌طور خاص به حضور DNA ویروسی پی ببرد، آن را قطع کرده و در نهایت تجزیه کند. وقتی ویروسی سلول را آلوده می‌کند، DNA خود را درون سلول تزریق می‌کند. در باکتری، سامانه CRISPR به DNA ویروسی اجازه میدهد تا از ویروس نسخه برداری شده و به صورت «بیت»هایی از داده، در مکانی به نام CRISPR، وارد DNA باکتری شود. CRISPR مخفف «مجموعه‌های تکراری و هماهنگ‌شده توالی پالیندرومی کوتاه» است؛ مکانیسمی که به سلول‌ها امکان ثبت اطلاعات ژنتیکی ویروس‌هایی که در طول زمان با آن ها مواجهه شده اند، را میدهد. بخش‌هایی از DNA ویروسی سپس به نسل‌های بعدی سلول‌ها منتقل می‌شوند و عملاً یک کارت واکسیناسیون ژنتیکی برای سلول‌ها ایجاد میکنند.
تکنولوژی CRISPR چگونه شکل گرفته‌است؟
CRISPR در اصل سیستمی است که به محققان این امکان را میدهد که تغییرات مورد نظر خود را با دقتی قابل توجه در توالی DNA ایجاد کنند. این مسیر، با یک پروژه پژوهشی بنیادی شروع شد که هدف آن درک نحوه مقابله باکتری‌ها با عفونت‌های ویروسی بود. دودنا و تیم او متوجه شدند که Cas9 می‌تواند به عنوان یک ابزار مهندسی ژنتیکی برای ویرایش DNA در سلول‌ها استفاده شود. این امر امکان باز کردن فرصت‌های بی‌نظیری برای حذف یا وارد کردن بیت‌های خاصی از DNA به سلول‌ها را فراهم کرد که قبلاً امکان‌پذیر نبود. از آن زمان به بعد،CRISPR برای تغییر DNA در سلول‌های مختلفی از انواع موجودات زنده، از جمله موش‌ها، میمون‌ها و حتی جنین انسان استفاده شده است.
نحوه عملکرد CRISPR-Cas9
سیستم CRISPR شامل پروتئین Cas9 و مولکولی به نام RNA است که دقیقاً یک نسخه از کد DNA ویروسی است. RNA به پروتئین Cas9 متصل می‌شود و ترکیبی ایجاد می‌کند که در سلول وظیفه‌ی نگهبانی را انجام میدهد. این ترکیب در تمامی DNA سلول به جستجو می‌پردازد تا به جاهایی که با توالی‌های موجود در RNA منطبق است، برسد. هنگامی که یک هم‌خوانی پیدا شود، پروتئین Cas9، در مارپیچ DNA ویروسی شکافی دقیق ایجاد می‌کند که باعث مرگ آن می‌شود. این ترکیب قابل برنامه‌ریزی است و می‌تواند برای تشخیص و برش توالی‌های خاصی از DNA تنظیم شود؛ به همین دلیل دانشمندان توانسته‌اند تا به صورت هدفمندانه و دقیقی DNA را در مکان‌های خاصی شناسایی کرده و از بین ببرند. این فرایند تاحدودی شبیه به برنامه‌ی ویراستاری خودکار متن است. علت کارایی CRISPR برای مهندسی ژنوم در این است که سلول‌ها توانایی تشخیص و ترمیم DNA شکسته‌شده را دارند. هنگامی که یک سلول شکستگی دو رشته‌ای در DNA خود را تشخیص میدهد، می‌تواند با چسباندن انتهاهای DNA شکسته با تغییر کوچکی در توالی یا با درج قطعه جدیدی از DNA، آن شکستگی را ترمیم کند. این مکانیسم ترمیم، به سلول‌ها این توانایی را میدهد که تغییرات دقیقی را در DNA در محل شکست ایجاد کنند و این راهیست که دانشمندان می توانند به منظور ویرایش ژن‌ها به صورت کنترل شده و دقیق، از آن استفاده کنند. CRISPR به یک مولکول DNA حامل نیاز دارد تا فرآیند ترمیم را هدایت کند؛ و اینجاست که تکنولوژی CRISPR وارد عمل می‌شود. با وارد کردن شکستگی در مارپیچ DNA با استفاده از Cas9، می‌توانیم مکانیزم ترمیم سلول را با حذف ژن‌های مشخص، درج ژن‌های جدید یا ایجاد جهش‌های هدفمند فعال کرده و تغییرات بسیار دقیقی در توالی DNA ایجاد کنیم. این موضوع افق های جدیدی از مهندسی ژنتیک را برای انواع ارگانیسم‌ها از جمله انسان‌ها فراهم می‌کند.
مثال هایی از کاربرد CRISPR
در حوزه پزشکی، CRISPR برای ویرایش DNA سلول‌های انسان و درمان بالقوه بیماری‌های ژنتیکی مانند کمخونی سلول داسیشکل و کوری ژنتیکی استفاده شده است. در زمینه کشاورزی، CRISPR پتانسیل ایجاد محصولاتی مقاوم در برابر بیماری‌ها، آفات و شرایط مختلف زیست‌محیطی دارد که می‌تواند به حل مشکل تغذیه جمعیت جهانی رو به رشد کمک کند.CRISPR همچنین برای حفاظت از محیط زیست نیز کاربردهایی دارد که از جمله آنها میتوان به ویرایش DNA گونه‌های در حال انقراض برای افزایش شانس زندگی آنها اشاره کرد.
آنچه CRISPR را نسبت به فناوری‌های قدیمی تر ارزشمند می‌کند، سادگی نسبیاش نسبت به سایر روش هاست. در حالی که روش‌های قبلی اغلب ناکارآمد یا دشوار بودند،CRISPR به راحتی با استفاده از قطعات کوچک RNA قابل برنامه‌ریزی است. این ویژگی روش هایی را برای اصلاح جهش‌هایی که بیماری‌های ژنتیکی مانند کمخونی سلول داسیشکل و بیماری هانتینگتون را ایجاد میکنند، ارائه میدهد.
مدل‌های جانوری مانند موش و میمون برای مطالعه اثرات تغییرات دقیق در DNA روی بافت‌ها و ارگانیسم‌ها استفاده می‌شوند. به عنوان مثال، پژوهشگران از CRISPR برای قطع یک ژن مسئول رنگ پوست در موش استفاده کرده‌اند که باعث شده است رنگشان با تغییر جزئی DNA سفید شود، اما سایر جنبه هایشان طبیعی باقی بماند.
به طور کلی، CRISPR یک فناوری انقلابی است که پتانسیل تغییر بسیاری از جنبه‌های بیوتکنولوژی، پزشکی، کشاورزی و … را دارد. با این حال، نگرانی های اخلاقی و اجتماعی مهمی را نیز مطرح می کند که باید مورد توجه قرار گیرد. با اتخاذ رویکردی محتاطانه و مسئولانه برای توسعه و استفاده از CRISPR، می‌توانیم از قدرت آن به نفع بشریت استفاده کنیم و در عین حال اطمینان حاصل کنیم که کاربردهای آن بر اساس اصول اخلاقی و در راستای منافع جامعه باشد.
