کشف مکانیزم جدید ویرایش DNA در باکتری‌ها که ممکن است از CRISPR بهتر عمل کند
یک مولکول باکتری منحصر به فرد ممکن است به دانشمندان اجازه دهد ژنوم‌ها را دوباره طراحی کنند و بخش‌های بزرگی از DNA را وارد، حذف یا جابجا کنند. این تکنیک، که در سه مقاله‌ی اخیر در Nature و Nature Communications توضیح داده شده، از ژن‌های پرشی استفاده می‌کند که به طور طبیعی خود را به ژنوم‌ها وارد می‌کنند.
به گفته‌ی ساندرو فرناندز آتايده، بیولوژیست ساختاری در دانشگاه سیدنی استرالیا و نویسنده‌ی مقاله‌ی Nature Communications، “اگر این تکنیک در سلول‌های دیگر کار کند، انقلابی خواهد بود. این یک میدان جدید در ویرایش ژن باز می‌کند.”
این سیستم، که توسط یک RNA ‘پلی’ هدایت می‌شود، با موفقیت ژن‌ها را در باکتری‌ها و در شرایط آزمایشگاهی ویرایش کرده، هرچند که پتانسیل آن در سلول‌های انسانی هنوز مشخص نیست. اگر قابل تطبیق باشد، می‌تواند ویرایش ژنتیکی را با اندازه‌های کوچک و توانایی اصلاح توالی‌های DNA هزاران باز طولانی، بدون ایجاد شکست در DNA، انقلابی کند.
CRISPR-Cas9 اغلب با عناوین گمراه کننده مواجه شده است. این سیستم می‌تواند تکه‌های کوچک ژنوم را بازنویسی کند اما سیستم برش و چسباندن همه‌کاره‌ای که برخی از داستان‌ها پیشنهاد می‌دهند، نیست. به طور معمول، تنها چند باز DNA را با ایجاد شکست در DNA و استفاده از سیستم‌های ترمیم سلولی تغییر می‌دهد. این می‌تواند موجب آسیب‌های ژنتیکی ناخواسته شود.
محققان به دنبال ویرایش چند ژنی برای درمان‌های هدفمند
همانطور که CRISPR در پزشکی انسانی پیشرفت می‌کند، محققان قصد دارند ابزارهای ویرایش ژنوم خود را ارتقا دهند تا ژن‌های کامل یا چندین ژن را در مکان‌های خاص وارد کنند. این رویکرد می‌تواند منجر به درمان‌هایی برای افراد با جهش‌های متعدد در یک ژن شود، که درمان را ساده‌سازی می‌کند. علاوه بر این، ویرایش چندین ژن می‌تواند سیستم ایمنی را برای مبارزه با سرطان از زوایای مختلف مهندسی کند، با اطمینان از درج دقیق ژن‌ها در ژنوم.
پاتریک شو، یک مهندس زیستی در موسسه‌ی غیرانتفاعی Arc در پالو آلتو، کالیفرنیا، و یکی از نویسندگان هر دو مقاله‌ی Nature، به هدف آینده طراحی بخش‌های کامل ژنوم به جای بازتک تک‌ها تأکید کرد.
برای یافتن ابزارهای مناسب، شو و همکارانش تنوعی از آنزیم‌ها را بررسی کردند که به عناصر موبایل DNA در باکتری‌ها کمک می‌کنند تا بین مکان‌ها جابجا شوند. آن‌ها بر روی یک گروه خاص به نام عناصر جابجایی تمرکز کردند، به ویژه IS110.
ایجاد اصلاحات متنوع DNA
تیم کشف کردند که آنزیم‌های IS110 از یک سیستم RNA-محور منحصر به فرد برای هدف‌گیری استفاده می‌کنند. یک انتهای RNA به بخش DNA که باید وارد شود متصل می‌شود، در حالیکه انتهای دیگر به یک تکه DNA در محل ورود به ژنوم پیوند می‌خورد. این RNA به عنوان پلی بین دو بخش DNA عمل می‌کند، که منجر به نامیدن این مولکول‌ها به عنوان ‘RNAهای پل’ شد.
یک توالی محل هدف در ژنوم را شناسایی می‌کند، مشابه CRISPR، در حالی که توالی دیگر بخش DNA که باید تغییر کند را مشخص می‌کند. این سیستم امکان اضافه کردن، حذف کردن یا معکوس کردن توالی‌های DNA تقریباً با هر طولی را فراهم می‌کند.
روش‌های فعلی این وظایف را انجام می‌دهند، اما اغلب به مراحل متعدد نیاز دارند و تکه‌های ناخواسته DNA به نام اسکار برجای می‌گذارند. شو اشاره کرد که ویرایش پل بدون اسکار کار می‌کند، کنترل دقیق‌تری بر دستکاری ژنوم فراهم می‌کند.
این قابلیت فراتر از جایگزینی ژن‌ها می‌رود؛ می‌تواند پتانسیل بازسازی ژنوم گیاهان و حیوانات را در مقیاس بزرگتری داشته باشد.
شو گفت: “آنچه ما می‌خواهیم انجام دهیم این است که از وارد کردن ژن‌های فردی به سمت مهندسی ژنوم در مقیاس کروموزومی حرکت کنیم.”
این تحقیق در Nature در ۲۷ ژوئن منتشر شد.
