عَزز العلماء كفاءة التحرير الجيني لكرسبر/كاس9 ثلاثة أضعاف باستخدام الوصلات العرضية بين خيطي الحمض النووي، دون الاستعانة بمادة فيروسية للتوصيل. هذه الطريقة تدفع آليات الإصلاح الطبيعية في الخلية، مما يسمح بتحرير جيني أكثر دقة وكفاءة، وقد يُحسّن أبحاث الأمراض والأبحاث ما قبل السريرية.

إن التحرير الجيني طريقة قوية لكلٍ من الأبحاث و العلاج. منذ البدء في تقنية كرسبر/كاس9 الفائزة بجائزة نوبل، وهي أداة سريعة ودقيقة لتحرير المجموع الجيني اكتُشِفت في 2012- عمل العلماء على استكشاف قُدراتها وتطوير أدائها.

أضاف الباحثون في جامعة كاليفورنيا في سانتا باربرا، بمعمل عالم الأحياء كريس ريتشاردسون لصندوق الأدوات المطور هذا طريقة لزيادة كفاءة تحرير كرسبر/كاس9 دون استخدام مادة فيروسية لتوصيل النموذج الجيني المُستخدم لتحرير التسلسل الجيني المُستهدَف. بحسب بحثهم المنشور في مجلة نيتشر بيوتكنولوجي، فإن طريقتهم تُحفز الإصلاح الموجه بالتماثل (خطوة في عملية التحرير الجيني) بنحو ثلاثة أضعاف “دون زيادة احتمالات حدوث طفرات أو تغيير نتائج إصلاح الدمج النهائي.

يقول ريتشاردسون: “لقد وجدنا تعديل كيميائي يُحسن التحرير الجيني غير الفيروسي وأيضًا اكتشفنا نوع جديد مثير للاهتمام من طرق إصلاح الحمض النووي (DNA)”.

جِد، واقطع، ثم الصق

إن طريقة كرسبر/كاس9 تعمل باستغلال التقنيات الدفاعية التي توظفها البكتيريا ضد الهجمات الفيروسية. لفعل ذلك، تقص البكتيريا جزءً من المادة الجينية للفيروس الغازي، وتدمجها في مادتها الجينية للتعرف عليها لاحقًا. إذا أُصيبت البكتيريا مرة أخرى، تستطيع استهداف التسلسلات الجينية المعروفة الآن لتدمرها.

إن عملية التحرير الجيني تستخدم إنزيم كاس9 “كمقص” جزيئي لقص التسلسلات التي يتعرَّف عليها، بإرشاد نظام كرسبر. هذا القطع هو أيضًا فرصة لاستبدال الجينات المقطوعة بأخرى متشابهة (متماثلة) لكن مُحَسَّنة، للاستفادة من آليات الإصلاح الطبيعية في الخلية. وفي حالة نجاح الخلية، ينبغي أن يكون لديها تعبيرات ووظائف مُعدلة فيما بعد.

كرسبر (اختصارًا “للتكرارات العنقودية المتناظرة القصيرة منتظمة التباعد”) هي تقنية استخدمها الباحثون لتعديل الحمض النووي للكائنات الحية انتقائيًا. كُيِّفت تقنية كرسبر للاستخدام في المعمل مع أنظمة تحرير المجموع الجيني الموجودة طبيعيًا في البكتيريا.

غالبًا تُستخدم الفيروسات لتوصيل نموذج إصلاح  الحمض النووي لنواة الخلية حيث تعيش المادة الجينية. أوضح الباحثون: “رغم أن مسارات العمل الفيروسية فعَّالة إلا أنها مُكلفة، وصعبة القياس، وقد تكون سامة للخلية”.

النماذج غير الفيروسية قد تكون أقل تكلفة وأفضل في القياس، وبالرغم من ذلك يجب على الباحثون التغلب على حدود الكفاءة و السُمية. وجد الباحثون في معمل ريتشاردسون في دراستهم أن إدخال الوصلات العرضية بين خيطي الحمض النووي لمسار العمل زاد من الإصلاح الموجه بالتماثل كثيرًا.

يقول ريتشاردسون: “إن كل مسار عمل وضعنا فيه هذه الطريقة عَمِلَ أفضل بنحو 3 مرات”.

إن الوصلات العرضية بين خيطي الحمض النووي هي آفات تُبقي خيطي اللولب المزدوج للحمض النووي مرتبطين معًا، مما يجعلهما غير قادرين على التضاعُف. إن العلاج الكيميائي للسرطان يستخدم هذه الآلية ليقاطع نمو الورم ويقتل خلايا السرطان. ومع ذلك، بالإضافة لنموذج الإصلاح الموجه بالتماثل، وُجِد أن هذه الوصلات العرضية تُحفز آليات الإصلاح الطبيعية في الخلية وتُزيد احتمالية نجاح التحرير.

أوضح ريتشاردسون: “أساسًا، ما فعلناه هو أننا أخذنا نموذج الحمض النووي (DNA) ودمرناه، وفي الحقيقة نحن دمرناه بأقسى الطرق الممكنة. والخلية لا تقول: “يا هذا، هذه نفاية، دعني ألقيها خارجًا”. بل ما تقوله الخلية فعليًا هو: “يا هذا، هذا يبدو عظيمًا، دعني ألصقه في مجموعي الجيني”. والنتيجة نظام تحرير جيني وغير فيروسي وعالِ الكفاءة وعُرضة للحد الأدنى من الخطأ”.

ومثل كل الاكتشافات، فإن اكتشافهم كان في الواقع شيئًا مثل حادثة سعيدة. ففي أثناء العمل على تنقية البروتينات لدراسة إصلاح الحمض النووي (DNA)، لاحظت طالبة الدراسات العليا والباحثة الرئيسية هانا قاسمي تغيرات غير متوقعة بنتائج اختباراتهم.

تقول: “كنا نُدخِل هذه التعديلات الكيميائية لنماذج الحمض النووي (DNA) بهدف سحبهم من الخلايا لنرى ما البروتينات المرتبطة بهم، وكنت أتحقق لأرى إذا هذا التعديل بطريقةٍ ما أثر على التحرير بأي صفة، كنت أتوقع إما أن أرى أنه لا تغيير أو أنه في الواقع قد أثر سلبيًا على التحرير”.

ما وجدته عوضًا  عن ذلك كان تأثير إيجابي، حتى ثلاثة أضعاف نشاط التحرير في الضوابط التي بدون وصلات عرضية. علاوةً على ذلك، وجد الفريق أنه حتى مع الزيادة في التحريرات -وبالتالي زيادة الفرص للأخطاء- لم يكن هناك أي زيادة في احتمال حدوث طفرات. ومازال الفريق يستقصي عن الآليات المُحَددة المؤدية لهذه النتيجة، لكن لديهم بعض الأفكار.

يقول ريتشاردسون: “نعتقد ما حدث هو أن الخلية تكتشف وتحاول إصلاح الحمض النووي المتضرر الذي أضفناه إلى هذه الوصلات العرضية وعند فعل ذلك تنتقل الخلية لما بعد نقطة التفتيش حيث عادةَ تمنع عملية إعادة التركيب هذه. وبإطالة مدة الوقت اللازم للخلية لعمل إعادة التركيب، تزداد احتمالية أن التحريرات سوف تُستكمل”. وأضاف أيضًا إن دراسة هذه العملية الجديدة يمكن أن يؤدي إلى إدراك أفضل لكيفية اكتشاف الخلايا لكواشف التحرير وكيف تقرر أن تقبلها أو لا.

هذه الطريقة سوف تُستخدم أكثر في تطبيقات التحرير الجيني خارج الجسم، وتبعًا للفريق فإن هذا هو عالم بحوث الأمراض والأبحاث ما قبل السريرية.

تقول قاسمي: “يمكننا أن نهدم الجينات بفاعلية أكبر وأن ندخل أشياء إلى المجموعات الجينية لدراسة الأنظمة خارج الجسم البشري في بيئة المعمل”. هذا التطور يسمح لهم ببناء نماذج الأمراض بكفاءة أعلى واختبار الفرضيات عن كيفية عمل الأمراض، مما قد يؤدي إلى طرائق علاجية وسريرية أفضل.

المصدر: https://scitechdaily.com/

ترجمة: مارينا ناشد

لينكد إن: marina-nashed

مراجعة وتدقيق: زينب محمد