تکنیک کریسپر (CRISPR) چیست و چه فایده برای درمان بیماری ها دارد؟ - وبلاگ سفر به کانادا

به گزارش وبلاگ سفر به کانادا، دنیای علوم پزشکی در کوشش است تا به نقطه ای برسد تا ژن، ریزترین جزء سازنده بدن انسان بتواند به راحتی ترمیم گردد. به هر حال، هر میزان مراقبت از سلول ها و بافت های بدن انجام گردد، در نهایت سلول های بدن دچار نقص و ایراد می شوند. محققین حوزه ژنتیک و مهندسی بافت از یک نقطه به بعد، علاوه بر یافتن مسیرهای نو توالی سیگنالی سلول ها برای درمان بیماری، به سراغ ویرایش ژنتیکی نیز روی آوردند. به واسطه این اتفاق، تکنیک کریسپر (CRISPR) ظهور پیدا کرد و در حال حاضر روز به روز در حال توسعه در اقصی نقاط دنیا است.

کارکرد و مکانیسم عمل تکنیک کریسپر روی کاغذ آسان به ظاهر می رسد اما در عمل چالش ها و بحران های مهمی پیش رویش وجود دارد. بر اساس تکنیک ویرایش ژنی کریسپر، ابتدا بخشی از DNA معیوب در داخل یک سلول یافته شده و سپس بر اساس فعل و انفعالاتی بخش ژنتیکی مورد نظر ترمیم می یابد. تکنیک کریسپر بعلاوه می تواند بعضی از ژنها را روشن نموده و بعضی دیگر را خاموش کند. روشن شدن ژن به این معنی است که DNA وارد چرخه همانندسازی ، سپس رونویسی و در نهایت ترجمه می گردد تا در نهایت یک محصول پروتئینی ایجاد گردد. گاهی اوقات حضور یا عدم حضور پروتئین می تواند یک بیماری نو را رقم زند. با روی کار آمدن کریسپر می توان جلوی پیدایش یک بیماری را در همان ابتدای کار گرفت.

از تکنیک کریسپر از سال 2012 میلادی به صورت علنی به منظور ویرایش اطلاعات ژنتیکی به کار گرفته شد و با این حال، هنوز به آن صورت توسعه چشمگیری برای امور بالینی نداشته و همچنان تنها مورد پسند مطالعات آزمایشگاهی است.

فناوری کریسپر دقیقا به چه معناست؟

واژه نامانوس کریسپر از لحاظ لغوی اختصاریافته عبارت clustered regularly interspaced short palindromic repeats به معنای تکرارهای کوتاه پالیندرومیک با فاصله منظم خوشه ای است. اگر بخواهیم به زبان بسیار ساده کریسپر را تعریف کنیم، کریسپر به خانواده ای از توالی DNA در ژنوم موجودات پروکاریوت مثل باکتری و آرکی باکترها اطلاق می گردد. این سکانس ها از تکه های DNA از باکتری خوارها مشتق می شوند که قبلا پروکاریوت را آلوده نموده بودند. توالی کریسپر به طور معمول برای شناسایی و تخریب DNA از باکتری خوارهای مشابه در هنگام آلودگی ها مورد استفاده قرار می گیرد. از آنجایی که این توالی ها نقش مهمی در سیستم دفاعی ضد ویروسی در پروکاریوت ها ایفا می نمایند، یک ایمنی اکتسابی نصیب این فرم از موجودات می گردد. توالی کریسپر تقریبا در پنجاه درصد ژنوم باکتریایی وجود دارد. جالب است بدانید این درصد در آرکی باکترها به مراتب بیشتر گزارش شده است.

کریسپر کاسپاز 9 چیست؟

کریسپر کاسپاز 9 (CRISPR-associated protein 9) که به اختصار Cas9 هم در متون از آن یاد می گردد، به آنزیمی گفته می گردد که با بهره برداری از توالی کریسپر به عنوان یک راهنما کوشش می نماید تا بخش تعیینی از رشته های DNA را شناسایی نموده و سپس تجزیه کند. اگر توالی کریسپر، به مکمل خود در رشته DNA وصل گردد، رشته به وسیله آنزیم Cas9 به احتمال زیاد تجزیه خواهد شد. آنزیم های Cas9 و توالی های کریسپر با یکدیگر به نام کریسپر-کاسپاز 9 شناخته می شوند؛ تکنولوژی کاملا پیشرفته ای که می توان برای ویرایش ژن های درون ارگانیسم از آن بهره برد.

استفاده از فناوری کریسپر-کاسپاز 9 به تدریج در حوزه های نوتری مورد بهره برداری نهاده شد. به گونه ای که در حال حاضر از تکنیک کریسپر-کاسپاز 9 در پژوهش های زیست شناسی، ساخت و فراوری محصولات حوزه بیوتکنولوژی و درمان بیماری های متعدد استفاده می گردد. جنیفر دودنا و امانوئل کارپنتیر، دو محقق و کاشف این فناوری در نهایت توانسته اند در سال 2020 میلادی پیروز به کسب جایزه نوبل شیمی شوند.

تکنیک کریسپر تنها معطوف به انسان ها نیست و از این فناوری جهت اصلاح ژنتیک گیاهان و حیوانات هم استفاده می گردد. در حقیقت جالب است بدانید که بسیاری از مردم در سطح جهانی غذاهایی را مصرف می نمایند که تحت ویرایش کریسپر به ثمر رسیده اند.

فناوری کریسپر در حال حاضر علوم پزشکی را در حال دگرگون کردن است. این فناوری به محققین تنها به منظور درمان بیماری ها یاری نمی نماید، بلکه می توان با یک اصلاح ژنتیکی هوشمندانه، حتی جلوی ابتلا به بسیاری از امراض را گرفت. علم پزشکی بیشتر به این سمت می رود تا بتوان ژنتیک بچه ها را از همان بدو زندگی کنترل کرد. شنیده ها حاکی از آن است که کشور چین مشغول به انجام تحقیقات برای فراوری نوزادان کریسپری است. خبری که در چند سال گذشته توانست موج زیادی از واکنش های منفی را در پی داشته باشد؛ چراکه پژوهش ها روی جنین حیوانات و صد البته انسان غیراخلاقی محسوب می گردد. با این وجود هدف از انجام پژوهش در چین این بود تا بتوان با غیرفعال کردن ژنی به نام CCR5 در سلول ها، بدن را در برابر بیماری خطرناکی به نام ایدز مصون کرد. با این که غیرفعال کردن این ژن الزاما به معنای ایمنی کامل در برابر ایدز نیست، پیروزیت آمیز بودن این رویکرد می توانسته گام بزرگی در پیشگیری از ایدز و بعلاوه بهره برداری از تکنیک کریسپر باشد. با تمامی این تفاسیر، محققین این پژوهش نتیجه منفی از این پروژه تا به امروز منتشر ننموده اند.

پروتئین های Cas؛ کلید فهم بهتر تکنیک کریسپر

در حقیقت اگر محققین بتوانند درباره پروتئین های Cas که در باکتری ها یافت می گردد اطلاعات بیشتری به دست بیاورند، می توان کریسپر را بهتر فهمید. این پروتئین می تواند به آسانی برنامه ریزی شده و به یک توالی ژنومی تعیین اتصال یابد. این پروتئین تنها یک تکه از RNA به عنوان راهنما احتیاج دارد تا بتواند فرایند جست وجو را انجام دهد.

زمانی که پروتئین Cas9 به یک سلول به همراه تکه ای از RNA اضافه می گردد، این پروتئین به سمت DNA دو رشته ای روانه می گردد تا حداقل به یک توالی حاوی 20 زوج باز متصل گردد. این توالی DNA در حقیقت مکمل با توالی RNA راهنما است. این که بعد از اتصال چه اتفاقی می افتد تا حدودی متنوع گزارش می گردد. پروتئین Cas9 بخشی از DNA مورد نظر را برش می دهد. زمانی که منطقه برش ترمیم می گردد، جهش هایی معرفی می گردد که اغلب به غیرفعال شدن یک ژن ختم می گردد. پس از رسیدن به این مرحله می توان ادعا کرد که یک ویرایش ژنتیکی به وسیله فناوری کریسپر اتفاق افتاده است.

از کریسپر می توان برای اعمال تغییرات دقیق تر هم بهره برد تا برای مثال یک بخش از ژن معیوب با یک بخش سالم تعویض گردد. با این حال این فرایند، هم چالش های بیشتری دارد و هم فرایند دشوارتری است. پژوهشگران توانسته اند پروتئین های Cas خاصی را بسازند که پس از تزریق به سلول، به قصد برش زدن DNA وارد عمل نگردد، بلکه تنها یک سری ژن را روشن یا خاموش کند. به کریسپرهای روشن نماینده ژنتیکی CRISPRa و به کریسپرهای خاموش نماینده CRISPRi گفته می گردد. محققین از این دسته از کریسپرها در مطالعات بیشتر بهره می برند و شاید روزی برسد تا بتوان ایمنی زایی کاملی در برابر بیماری های خطرناک به واسطه تکنیک کریسپر به دست آوریم. تکنیک کریسپر در آینده نزدیک می تواند نقش بسیار گسترده تری در برنامه های واکسیناسیون و بعلاوه خلق داروهای نو داشته باشد.