سیستمهای جدید CRISPR، توانمندیهای ویرایش ژن را گسترش میدهند
پژوهشگران مجموعهای از سیستمهای جدید CRISPR-Cas را کشف کردهاند که میتوانند تواناییهای ابزار قدرتمند ویرایش ژن و دستکاری DNA را بیش از پیش گسترش دهند. در میان این سیستمهای تازهشناساییشده، یکی از آنها که از باکتریهای رایج در گاوهای شیری استخراج شده، بهویژه برای سلامت انسان امیدبخش به نظر میرسد.
نتایج این پژوهش در تاریخ ۱۴ مارس ۲۰۲۵ در ژورنال معتبر Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) منتشر شده است.
از کشف اولیه تا توسعه نوین
سامانه CRISPR-Cas9 نخستین بار در سال ۲۰۱۲ با هدایت تیمی به سرپرستی جنیفر دودنا به شکل گستردهتری وارد دنیای علم شد؛ زمانی که مشخص شد این سیستم میتواند برای هدفگیری و برش بخشهای خاصی از DNA تغییر داده شود. در این سیستم، بخش CRISPR مانند یک مکانیاب ژنتیکی عمل میکند و آنزیم Cas9 همانند یک تیغ جراحی عمل میکند که دقیقاً در محل مشخصشده برش میزند. این فناوری که اساس آن بر یک سامانه دفاعی ویروسی در باکتری Streptococcus pyogenes بنا شده، از آن زمان تاکنون پایه بسیاری از مطالعات ژنتیکی بوده است.
با این حال، گونههای باکتریایی دیگری نیز وجود دارند که دارای سامانههای دفاعی مشابه با قابلیتها و محدودیتهای متفاوت هستند.
جستجوی تنوع زیستی در مکانهای ناشناخته
پروفسور چارلی گِرزبَخ (Charlie Gersbach)، استاد برجسته مهندسی پزشکی زیستی در دانشگاه دوک، میگوید:
«شگفتانگیز است که اولین سیستم CRISPR-Cas که در سلولهای انسانی مورد استفاده قرار گرفت، هنوز هم بهترین عملکرد را دارد. ما میخواستیم در میان باکتریهایی که در محیطهای کمتر شناختهشده زندگی میکنند، به دنبال سیستمهایی با تواناییهای متفاوت باشیم.»
برای این منظور، گروه پژوهشی گرزبخ با یکی از پیشگامان فناوری CRISPR همکاری کردند: رودولف بارنگو (Rodolphe Barrangou) از دانشگاه NC State، که سالها پیش از دریافت جایزه نوبل توسط این فناوری، آن را در باکتریهای مورد استفاده در فرآوری لبنیات توصیف کرده بود. از آن زمان تاکنون، آزمایشگاه او بر تنوع زیستی سامانههای CRISPR و کاربردهای آنها در تولید غذا، پروبیوتیکها و حتی اصلاح ژنوم درختان تمرکز داشته است.
استخراج ابزارهای جدید از دل دادههای بزرگ
بارنگو میگوید:
«تنوع سامانههای CRISPR-Cas در طبیعت بسیار بیشتر از آن چیزی است که عموم تصور میکنند و میتوان آنها را بهعنوان ماشینهای مولکولی جدید استخراج و استفاده کرد. در حالی که آنزیمهایی مانند Cas9 توانایی بالایی در درمانهای پزشکی نشان دادهاند، ما به گسترش این جعبهابزار برای نسل جدیدی از ویرایش ژن، رونوشتبرداری و اپیژنتیک نیاز داریم.»
او با طراحی یک برنامه رایانهای به نام CRISPRdisco، بیش از ۱۰۰۰ سامانه ناشناخته را از میان پایگاههای بزرگ داده ژنومی باکتریها شناسایی کرد. از میان این سامانهها، ۵۰ مورد برای بررسیهای آزمایشگاهی انتخاب شدند و تیم گرزبخ آنها را تولید و مهندسی کرد.
SubCas9؛ ستاره نوظهور از دل گاوهای شیری
این سامانههای جدید در سلولهای انسانی برای بررسی توانایی آنها در سرکوب و فعالسازی ژنها، و همچنین ویرایشهای ژنتیکی و اپیژنتیکی مورد آزمایش قرار گرفتند. از میان آنها، چهار سیستم نتایج برجستهای داشتند، اما یکی از همه چشمگیرتر بود: SubCas9، که از باکتری Streptococcus uberis بهدست آمده؛ باکتریای که معمولاً در گاوهای شیری یافت میشود و در برخی پروبیوتیکهای انسانی نیز بهکار میرود.
این سامانه جدید مزایای قابلتوجهی دارد:
اندازه کوچکتر نسبت به Cas9 معمولی، که موجب میشود راحتتر در سیستمهای انتقال ژن مانند ویروسها جا بگیرد.
قابلیت هدفگیری متفاوت: در حالی که Cas9 متداول نیاز به توالی DNA مجاور “GG” دارد، SubCas9 میتواند نواحی مجاور توالیهای “AATA” یا “AGTA” را هدف قرار دهد. این ویژگی امکان هدفگیری دقیقتر نواحی خاص ژنوم را فراهم میکند.
دکتر گیب باترفیلد، همسرپرست پروژه، میگوید:
«گرچه توالی GG در ژنوم نسبتاً رایج است، ولی اگر بخواهیم نقطهای بسیار خاص از DNA را هدف بگیریم و GG در آن نزدیکی وجود نداشته باشد، وجود یک گزینه جایگزین ضروری میشود. SubCas9 این انعطافپذیری را فراهم میکند.»
گامی بهسوی درمانهای ایمنتر
نکته مهم دیگر این است که S. uberis معمولاً در بدن انسانها یافت نمیشود، برخلاف باکتریهایی که Cas9 کلاسیک از آنها گرفته شدهاند. این بدان معناست که سیستم ایمنی اکثر افراد احتمالاً نسبت به SubCas9 واکنشی نشان نخواهد داد، چرا که پیشزمینهای از تماس با آن وجود ندارد. این ویژگی SubCas9 را به گزینهای امیدوارکننده برای درمانهای انسانی تبدیل میکند.
در ادامه، پژوهشگران قصد دارند بررسی کنند که آیا واقعاً SubCas9 میتواند از سیستم ایمنی بدن دور بماند، و همزمان در حال آزمایش استفاده از آن در درمانهای سلولی و ژنی هستند. همچنین آنها برنامه دارند به پایگاه دادههای عظیم ژنومی باکتریایی بازگردند تا سامانههای جدیدتری برای پژوهشهای آینده استخراج کنند.
منبع :New CRISPRs expand upon the original’s abilities