مهندسی دقیق کروموزوم: ابزارهای جدید PCE و RePCE، آینده ویرایش ژنوم را متحول میکنند
در دنیای هیجانانگیز ویرایش ژنوم، فناوریهای موجود مانند CRISPR-Cas9، ابزارهای قدرتمندی را در اختیار دانشمندان قرار دادهاند. با این حال، دستیابی به دستکاریهای دقیق و در مقیاس بزرگ DNA در موجودات پیچیدهتر، مانند گیاهان و سلولهای انسانی، همچنان با چالشهای مهمی همراه است. این چالشها شامل ناکارآمدی، محدودیت در مقیاس و نوع ویرایش و باقی ماندن توالیهای ناخواسته (“جای زخم”) در محل ویرایش است. باقی ماندن این توالیهای اضافی میتواند بر عملکرد ژنوم تأثیر بگذارد و مانعی برای کاربردهای درمانی و تحقیقاتی باشد.
در پاسخ به این محدودیتها، گروهی از پژوهشگران با ابداع دو سیستم جدید و پیشرفته، گامی انقلابی در این زمینه برداشتهاند. آنها سیستمهای مهندسی کروموزوم قابل برنامهریزی (PCE) و RePCE را معرفی کردهاند که امکان دستکاریهای DNA در مقیاس کیلوباز تا مگاباز را به صورت بدون جای زخم (scarless) در گیاهان و سلولهای انسانی فراهم میکند. این دستاورد، افقهای جدیدی را برای کاربردهای ویرایش ژنوم در حوزههای مختلف باز میکند.
نوآوریهای کلیدی در سیستمهای PCE و RePCE
پژوهشگران برای دستیابی به این دقت و کارایی بیسابقه، از چندین استراتژی هوشمندانه بهره جستهاند:
- مهندسی سایتهای Lox با کاهش برگشتپذیری: آنها با استفاده از رویکرد مهندسی با توان عملیاتی بالا، سایتهای Lox جدیدی را تولید کردند که برگشتپذیری آنها ۱۰ برابر کاهش یافته است. این سایتها، که توسط آنزیمهای نوترکیبکننده (recombinases) شناسایی میشوند، برای انجام دستکاریهای کروموزومی ضروری هستند و کاهش برگشتپذیری آنها به معنای پایداری بیشتر ویرایشهای انجام شده است.
- مهندسی recombinase با کمک هوش مصنوعی (AiCErec): با بهرهگیری از یک روش مهندسی نوترکیبکننده با کمک هوش مصنوعی به نام AiCErec، آنها توانستند واریانتهای جدیدی از آنزیم Cre را ایجاد کنند. این واریانتهای مهندسیشده، ۳.۵ برابر کارآمدتر از نوع طبیعی خود (wild type) هستند. افزایش کارایی آنزیم recombinase به معنای انجام موفقیتآمیز و سریعتر دستکاریهای کروموزومی است.
- استراتژی بدون جای زخم با Re-pegRNA: این سیستم همچنین شامل یک استراتژی بدون جای زخم با واسطه Re-pegRNA است. این روش، دقت ویرایش را به شدت افزایش میدهد و امکان انجام انواع دستکاریهای کروموزومی را به صورت بدون باقی ماندن توالیهای ناخواسته فراهم میکند. این دستکاریها شامل الحاق (insertions)، حذف (deletions)، جایگزینی (replacements)، واژگونی (inversions) و جابهجایی (translocations) در سطح کروموزوم هستند.
کاربردهای انقلابی: از گیاهان مقاوم تا درمان بیماریها
کاربرد این سیستمهای جدید، فراتر از سطح آزمایشگاهی است و پیامدهای مهمی در دنیای واقعی دارد. پژوهشگران چندین نمونه برجسته از کاربرد PCE و RePCE را ارائه دادهاند:
- مقاومت به علفکشها در برنج: آنها توانستند یک واژگونی به طول ۳۱۵ کیلوباز در ژنوم برنج ایجاد کنند که منجر به مقاومت این گیاه به علفکشها میشود. این دستاورد، پتانسیل PCE را در بهبود مولکولی (molecular breeding) و تولید محصولات کشاورزی مقاومتر نشان میدهد.
- الحاق کروموزومی بدون جای زخم: این سیستم امکان الحاق کروموزومها به یکدیگر را بدون باقی ماندن جای زخم فراهم میکند، که در تحقیقات ژنتیکی و ساخت کروموزومهای مصنوعی بسیار ارزشمند است.
- واژگونی ۱۲ مگابازی در سلولهای انسانی: آنها توانستند یک واژگونی عظیم به طول ۱۲ مگاباز را در سایتهای مرتبط با بیماری در کروموزومهای انسانی ایجاد کنند. این کار، درک ما از بیماریهای ژنتیکی را عمیقتر کرده و راه را برای توسعه درمانهای ژندرمانی جدید هموار میسازد.
نتیجهگیری: آیندهای روشن برای ویرایش ژنوم
این پیشرفتها، دامنه کاربردهای ویرایش ژنوم را به طور چشمگیری گسترش میدهند و ابزارهای بسیار دقیقتری را برای دانشمندان فراهم میکنند. سیستمهای PCE و RePCE با حل مشکلاتی مانند ناکارآمدی و باقی ماندن جای زخم، آیندهای را ترسیم میکنند که در آن دستکاریهای بزرگ و دقیق DNA به یک روال عادی تبدیل میشود.
این نوآوریها، پتانسیلهای عظیمی برای توسعه کشاورزی، تولید درمانهای ژندرمانی پیشرفته، و طراحی موجودات مصنوعی دارند. به طور کلی، معرفی این ابزارها یک گام بزرگ رو به جلو است که به جامعه علمی امکان میدهد تا با دقت و کارایی بیشتری، از کد ژنتیکی برای حل مشکلات بزرگ بشریت استفاده کند.
منبع :
Iterative recombinase technologies for efficient and precise genome engineering across kilobase to megabase scales
برای مشاهده خدمات شرکت زاور زیست آزما اینجا کلیک کنید