قد يتيح برنامج الذكاء الاصطناعي أول إنتاج بسيط للبروتينات القابلة للتخصيص تسمى أصابع الزنك لعلاج الأمراض عن طريق تنشيط الجينات وتعطيلها.

يقول الباحثون في كلية الطب بجامعة غروسمان نيويورك وجامعة تورنتو، الذين صمموا الأداة أنها تعد بتسريع تطوير العلاجات الجينية على نطاق واسع.

تنتج الأمراض، بما في ذلك التليف الكيسي، ومرض تاي ساكس (مرض وراثي ينتج عنه تراكم الأحماض الدهنية الضارة بالدماغ)، وفقر الدم المنجلي، عن أخطاء في ترتيب أحرف الحمض النووي المسؤولة عن تعليمات تنشيط كل خلية بشرية. يمكن للعلماء في بعض الحالات تصحيح هذه الأخطاء باستخدام طرق تحرير الجينات التي تعيد ترتيب هذه الحروف.

تحدث حالات أخرى، ليس بسبب خطأ في الشفرة نفسها، ولكن بسبب مشاكل في كيفية قراءة الآلية الخلوية للحمض النووي (علم الجينات). غالبًا ما يشترك الجين، المسؤول عن بروتين معين، مع جزيئات تسمى عوامل النسخ التي تخبر الخلية بكمية هذا البروتين الذي يجب صنعه. وعندما يحدث خطأ بهذه العملية، تساهم الجينات الزائدة أو غير النشطة في الإصابة بمرض السكري والسرطان والاضطرابات العصبية. نتيجة لذلك، كان الباحثون يستكشفون طرقًا لاستعادة النشاط اللاجيني الطبيعي.

إحدى هذه التقنيات هي تحرير إصبع الزنك، والذي يمكنه تغيير الجينات والتحكم فيها. من بين أكثر الهياكل البروتينية وفرة في جسم الإنسان، يمكن لأصابع الزنك توجيه إصلاح الحمض النووي عن طريق الإمساك بإنزيمات تشبه المقص وتوجيهها للأجزاء المعيبة من الشفرة.

وبالمثل، يمكن لأصابع الزنك أيضًا الارتباط بعوامل النسخ وسحبها نحو شريحة جينية تحتاج إلى تنظيم. من خلال تخصيص هذه التعليمات، يمكن لمهندسي الوراثة تخصيص نشاط أي جين. ولكن، يتمثل العيب في أن أصابع الزنك الاصطناعية تواجه تحديًا في التصميم لمهمة معينة. نظرًا لأن هذه البروتينات ترتبط بالحمض النووي في مجموعات معقدة، سيحتاج الباحثون إلى معرفة- من بين عدد لا يحصى من التركيبات المحتملة- كيف يتفاعل كل إصبع زنك مع جاره لكل طفرة جيني مرغوب فيها.

تتغلب التكنولوجيا الحديثة لمؤلفي الدراسة، المسماة (ZFDesign)، على هذه العقبة باستخدام الذكاء الاصطناعي لنمذجة وتصميم هذه التفاعلات؛ حيث يعتمد النموذج على البيانات الناتجة عن شاشة ما يقرب من 50 مليار تفاعل محتمل بين أصابع الزنك والحمض النووي في مختبرات الباحثين. نُشر تقرير عن الأداة على الإنترنت في يناير الماضي بمجلة ناتشر بايوتكنولوجي Nature Biotechnology.

يقول المؤلف الرئيسي للدراسة ديفيد إيشيكاوا، الحاصل على دكتوراه، وهو طالب دراسات عليا سابق في جامعة نيويورك لانغون هيلث: “يمكن لبرنامجنا تحديد التجميع الصحيح لأصابع الزنك لأي تعديل، مما يجعل هذا النوع من تحرير الجينات أسرع من أي وقت مضي”.

يلاحظ إيشيكاوا أن تحرير إصبع الزنك يوفر بديلًا أكثر أمانًا لكريسبر، وهي تقنية مهمة لتحرير الجينات مع تطبيقات تتراوح من إيجاد طرق جديدة لقتل الخلايا السرطانية إلى تصميم محاصيل مغذية أكثر. على عكس أصابع الزنك المشتقة من الإنسان بالكامل، يعتمد كريسبر، الذي يرمز إلى التكرار المتناظر القصير المتباعد بانتظام، على البروتينات البكتيرية للتفاعل مع الشفرة الوراثية. يمكن أن تؤدي هذه البروتينات “الدخيلة” إلى تشغيل أجهزة الدفاع المناعية للمرضى، والتي قد تهاجمهم مثل أي عدوى أخرى وتؤدي إلى التهاب خطير.

يضيف مؤلفو الدراسة أنه إلى جانب احتمالية حدوث مشاكل مناعية أقل، قد يوفر الحجم الصغير لأدوات إصبع الزنك أيضًا تقنيات علاج جيني أكثر مرونة مقارنةً بكريسبر من خلال تمكين المزيد من الطرق لتوصيل الأدوات إلى الخلايا الصحيحة بالمرضى.

يقول كبير مؤلفي الدراسة د. ماركوس نويس، الأستاذ المساعد في قسم الكيمياء الحيوية وعلم الأدوية الجزيئي في جامعة نيويورك لانغون : “من خلال تسريع تصميم إصبع الزنك إلى جانب حجمها الأصغر، يمهد نظامنا الطريق لاستخدام هذه البروتينات للتحكم في جينات متعددة في نفس الوقت. في المستقبل، قد يساعد هذا النهج في تصحيح الأمراض التي لها أسباب وراثية متعددة، مثل أمراض القلب والسمنة والعديد من حالات التوحد”.

لاختبار الرمز المصمم بالذكاء الاصطناعي، استخدم نويس وفريقه إصبع زنك مخصص لتعطيل تسلسل الترميز للجين في الخلايا البشرية. بالإضافة إلى ذلك، قاموا ببناء العديد من أصابع الزنك التي نجحت في إعادة برمجة عوامل النسخ لربطها بالقرب من تسلسل الجين المستهدف وزيادة أو خفض أدائه، مما يدل على أنه يمكن استخدام تقنيتهم مع التغيرات اللاجينية.

يحذر نويس قائلاً: “رُغم أن هذه التقنية واعدة، إلا أنه قد يكون من الصعب السيطرة على أصابع الزنك. نظرًا لأنها ليست دائمًا خاصة بجين واحد، ويمكن أن تؤثر بعض التركيبات على تسلسل الحمض النووي لجين غير مستهدف، مما يؤدي إلى تغييرات غير مقصودة في الشفرة الوراثية”.

المصدر: https://www.sciencedaily.com

ترجمة: سمر مختار

مراجعة وتدقيق: زينب محمد