ما هو محرك الجينات؟

ما هو محرك الجينات؟

3 أغسطس , 2020

ترجم بواسطة:

وفاء العمشاني

دقق بواسطة:

فاطمة الحازمي

محرك الجينات هو لتعديل الجينات بحيث لا تتبع قوانين الوراثة النموذجية، وتكمن قوته في أنه يعطل الوراثة. ويمكن أن يسبب تناقص أعداد الذباب المسبب للملاريا مثلًا؛ لكن القضاء على نوع كامل أمر مهم وليس قرارًا سهلًا. لذا يعمل العلماء على التنبؤ بما قد يعنيه القضاء على الأنواع المزعجة لبقية النظام البيئي. وعلى الرغم من واعدية هذه التقنية، إلا أن البحث في الآثار وفعاليتها لازال أمامه طريق.


محرك الجينات يستبدل الجين الطبيعي بجين جديد، ثم بعد ذلك ينتقل من جيل إلى جيل. (مصدر الصورة: (© Shutterstock

الكاتب: دوناڤين كوفي.

محرك الجينات هو إحدى تقنيات الهندسة الوراثية التي تعدل الجينات بحيث لا تتبع قوانين الوراثة النموذجية. تزيد محركات الجينات بشكل كبير من احتمالية انتقال مجموعة معينة من الجينات إلى الجيل التالي، مما يسمح للجينات بالانتشار بسرعة في المجتمع وتجاوز الانتقاء الطبيعي. الشكر لتقنية التعديل الوراثي CRISPR-Cas9 التي سخرتها البكتيريا، فقد أصبح بناء محركات الجينات أسهل للباحثين.

بتقنية محركات الجينات قال أندريا كريسانتي عالم الوراثة في امبريال كوليج لندن “يمكنك تعديل المسار التطوري. يمكنك التسبب في الانقراض”.  قد تكون هذه طريقة فعالة للقضاء على الأنواع المزعجة كالبعوض المسبب للملاريا. لكن العلماء لا يزالون يعملون على تحديد الآثار البيئية المترتبة على استخدام محرك الجينات في القضاء على الأنواع بأكملها.  

كيف يعمل محرك الجينات؟

يتكون محرك الجينات من ثلاث مكونات رئيسية: الجين الذي تريد نشره؛ إنزيم Cas9 يقوم بقص سلسلتي الحمض النووي DNA؛ وCRISPR سلسلة من الحمض النووي الذي يوجه المقص “Cas9” نحو تسلسل معين من الحمض النووي ليقوم بالقص. يتم إدخال المادة الوراثية التي تشفر هذه المكونات الثلاثة في الحمض النووي للحيوان، عوضًا عن الجين الموجود طبيعيًا في كلا الكروموسومين.

قوة محرك الجين هو أنه يعطل الوراثة، قال كريسانتي: “في الوراثة الطبيعية، احتمال أن ينتقل أي جين معين من الوالد إلى الأبناء ٥٠٪. تحول تقنية محرك الجينات نسبة ٥٠٪ إلى ضمان بنسبة ١٠٠٪ تقريبًا.

عندما يتزاوج حيوان يحمل حزمة محرك الجينات مع آخر لا يحملها، يرث الأبناء نسخة واحدة من الجين من أي من الوالدين؛ نسخة طبيعية ونسخة محرك الجينات. عندما يلتقي الحيوان المنوي مع البويضة والكروموسومات من كلا الوالدين تصطف لأول مرة، يتم تنشيط CRISPR في الحمض النووي لمحرك الجينات. يتعرف على نسخة الجين الطبيعية في الكروموسوم المقابل، ويوجه إنزيم قطع الحمض النووي  Cas9 لقطع الجين قبل بدء التطور الجيني.

بمجرد تلف الجين الطبيعي، يتم تشغيل آلية الإصلاح الخاصة بالخلية. تعمل آلية الإصلاح على استعادة الحمض النووي المفقود، ولكنها تستخدم الكروموسوم السليم الذي يحمل محرك الجينات كقالب. عند الانتهاء كلا الكروموسومين يصبحا حاملين نسخة لمحرك الجينات. ومن تلك النقطة، ستكون نسختان من محرك الجين في كل خلية، وسيمررها الحيوان إلى الجيل التالي.

وهكذا تستمر العملية. في كل مره يتم تمرير محرك الجين، CRISPR يقطع النسخة الطبيعية للجين، وتتدخل آلات إصلاح الخلايا وتصبح نسخة واحدة من محرك الجينات نسختين. وفي بضعة أجيال فقط، يصبح الجين الجديد موجودًا في المجتمع بأكمله، وأحيانا يحل محل الجين الموجود طبيعيًا بشكل كامل.

البعوض الذي يحرك الجينات

في عام ٢٠١٨ نشر كريسانتي وزملاؤه دراسة في مجلةNature Biotechnology تصف كيف يمكن لتكنولوجيا محرك الجينات أن تسبب تناقص أعدادAnopheles gambiae، الذباب المسبب للملاريا. قامت المجموعة ببناء محرك جيني من شأنه تغيير الجين المرتبط بالجنس وتعطيل خصوبة الإناث. انتقل الجين الذي يحمل جين الخصوبة التالف خلال ١٠٠٪ من مجموعة الاختبار في أقل من سبعة أجيال. الأنواع قد لا تلتقي والمجتمع يقل. يعتقد بعض الباحثين أن هذا النهج قد يكون هو الذي يقضي على الملاريا أخيرًا- وهو مرض وحشي مسؤول عن التسبب في ٢٨٠ مليون مرض و٤٠٥٠٠٠ حالة وفاة على مستوى العالم في عام ٢٠١٨ وفقًا لمنظمة الصحة العالمية.

وقال كريسانتي أن نهج محرك الجينات طريقة ميسورة التكلفة ومستدامة للقضاء على البعوض المسبب للملاريا. وقال إن مناهج أخرى مثل المبيدات الحشرية وإدارة البيئة فعالة لكنها مكلفة للغاية وتتجاوز القدرة الاقتصادية للعديد من البلدان. “محرك الجينات يسمح بانتشار سمة وراثية في عدد من السكان من عدد قليل من الأفراد، ومعالجة مشكلة الاستدامة من جذورها.”

لكن القضاء على نوع كامل أمر مهم، وتنفيذ محرك الجينات في الطبيعة ليس قرارًا سهلًا.

هل محركات الجينات خطيرة؟

يعمل العلماء على التنبؤ بما قد يعنيه القضاء على الأنواع المزعجة لبقية النظام البيئي.

القضاء على البعوض المسبب للملاريا باستخدام محرك الجينات يبدو غالبًا خطة ذات تأثير ضئيل. قال فريد جولد عالم الأحياء التطوري في جامعة ولاية نورث كارولينا: “حتى الآن، تظهر الاختبارات البيئية أن النظام البيئي لا يتضاءل” عندما يتم القضاء على نوع واحد من البعوض.

تعتبر الآثار البيئية لمشاريع محرك الجينات الأخرى أكثر صعوبة في التمييز. على سبيل المثال، يعمل علماء الوراثة والناشطون البيئيون على محرك جيني يمكنه القضاء على قوارض الجزيرة الغازية، مع الأخذ بالاعتبار أن قوارض الجزيرة الغازية قد تم ربطها بانقراض ٧٥ نوعًا أصليًا، وفقًا لدراسة نشرت عام ٢٠١٦ في مجلة Proceedings of the National Academy of Science.

لكن القضاء على القوارض باستخدام محرك جيني يأتي مع مخاطر بيئية محتملة أكبر من القضاء على البعوض. فإذا هربت القوارض المعدلة جينيًا من الجزيرة وعادت إلى موطنها الأصلي، مثل أمريكا الشمالية، فإن محرك الجينات يمكن أن يقضي على الفئران والجرذان حيث أنهم يشكلون جزءًا مهمًا من النظام البيئي. وقد يؤدي غياب القوارض إلى انهيار النظام البيئي.

لهذا السبب، يعمل غولد وزملاؤه على استراتيجية تستهدف الفئران التي تعيش في الجزر فقط. غالبًا ما يحمل السكان في نفس المنطقة الجغرافية نفس النوع من الجينات، أو الأليل، الخاص بالسكان المحليين. إذا استطاع العلماء تحديد أليل خاص بهؤلاء السكان الذين يريدون القضاء عليهم، فيمكنهم بناء محرك جيني خاص بهم. المحرك الجيني لن ينتشر إلا بين الأفراد الذين يحملون هذا الأليل المحدد؛ لن يعمل في الأفراد بدون هذا الأليل. وصف الباحثون هذه الطريقة في دراسة نشرت عام ٢٠١٩ في مجلة Scientific Reports.

بالإضافة إلى ذلك، يدرس العديد من العلماء خططًا إصلاحية محتملة، أو استراتيجيات لإزالة محرك الجينات من البيئة في حالة حدوث أي نتائج غير مرغوبة. على سبيل المثال نشر كريسانتي وزملاؤه دراسة عام ٢٠١٧ في مجلة Plos Genetics تصف كيف يمكن للطفرات الجينية المقاومة لمحرك الجينات أن تستمر وتزيل محرك الجينات في بضعة أجيال. يجب مقاومة الطفرة المقاومة لمحرك الجينات حتى يستمر محرك الجينات، أو قد يكون وسيلة للقضاء على محرك الجينات الغير مرغوب فيه.

على الرغم من أن مفهوم استخدام محرك الجينات لحماية صحة الإنسان واستعادة التوازن البيئي واعد، إلا أن البحث في آثار الأداة وفعاليتها لا زال أمامها طريق.

المصدر:https://www.livescience.com

ترجمة: وفاء العمشاني.

تلخيص ومراجعة: فاطمة الحازمي.


اترك تعليقاً

القائمة البريدية

اشترك في قائمتنا البريدية ليصلك جديد مقالاتنا العلمية وكل ماهو حصري على مجموعة نون العلمية