ویرایشگر ژنی جدید با دقت بی‌سابقه: انقلابی در درمان‌های ژنتیکی

معرفی ابزار جدید ویرایش ژن evoCAST

پژوهشگران دانشگاه کلمبیا و مؤسسه براد MIT و هاروارد به سرپرستی دکتر ساموئل استرنبرگ و دیوید لیو موفق به توسعه سامانه‌ای جدید برای ویرایش ژن شده‌اند که می‌تواند تحول بزرگی در حوزه درمان‌های ژنی ایجاد کند. این ابزار که evoCAST نام دارد، توانایی دارد ژن‌های کامل یا چندین ژن را با دقت بالا و بدون ایجاد خطاهای ناخواسته در محل دقیق در ژنوم انسان وارد کند. جزئیات این فناوری در نشریه Science منتشر شده است.

اهمیت evoCAST به دلیل نیاز به نسل جدید ویرایشگرها

فناوری‌های کنونی مانند CRISPR-Cas9 و ویروس‌ها اگرچه تاکنون پیشرفت‌های چشمگیری داشته‌اند، اما محدودیت‌هایی نیز دارند:

• CRISPR دقیق است، اما فقط برای اصلاحات کوچک مناسب است.
• ویروس‌ها می‌توانند ژن کامل را وارد کنند، اما تصادفی عمل می‌کنند و می‌توانند واکنش ایمنی شدید ایجاد کنند.

در مقابل، evoCAST  می‌تواند برای بیماری‌هایی مانند فیبروز کیستیک (CF) و هموفیلی که ناشی از هزاران جهش مختلف هستند، راه‌حل ارائه دهد. به‌جای تولید داروی اختصاصی برای هر جهش، evoCAST  می‌تواند ژن سالم کامل را در محل موردنظر وارد ژنوم کند.

پایه‌گذاری evoCAST بر اساس ژن‌های پرشی (Jumping Genes)

این سامانه بر پایه ترانسپوزون‌ها یا «ژن‌های پرشی» در باکتری‌ها ساخته شده است؛ ژن‌هایی که به‌صورت طبیعی توانایی جابجایی در ژنوم را دارند. گروه استرنبرگ سال‌ها پیش سامانه‌ای به‌نام CAST -ترانسپوزازهای مرتبط با CRISPR -را کشف کرد که می‌تواند بخش‌های بزرگی از DNA را بدون شکستن کروموزوم وارد ژنوم کند.

مزایای کلیدی CAST

وارد کردن ژن کامل بدون آسیب زدن به DNA میزبان

قابل برنامه‌ریزی برای هدف‌گیری دقیق هر نقطه‌ای در ژنوم

چالش‌های تطبیق با سلول‌های انسانی

اگرچه عملکرد این سامانه در باکتری‌ها طبیعی است، اما تطبیق آن برای سلول‌های انسانی بسیار دشوار بود. دانشجوی دکتری جورج لامپ موفق شد نسخه اولیه را برای سلول‌های انسانی توسعه دهد، اما بهره‌وری آن پایین بود.

استرنبرگ می‌گوید: برخلاف CRISPR که در طبیعت برای محافظت مؤثر از باکتری‌ها در برابر ویروس‌ها تکامل یافته، CAST برای عملکرد مؤثر تحت فشار انتخابی نبوده، بنابراین بهره‌وری‌اش نیاز به بهینه‌سازی بیشتری داشت.”

جهش مصنوعی به کمک تکامل هدایت‌شده

برای ارتقای سیستم، لامپ و استرنبرگ از فناوری PACE، روشی برای تسریع تکامل پروتئین‌ها که توسط دیوید لیو توسعه یافته، استفاده کردند. این روش اجازه می‌دهد صدها نسل جهش تکاملی در مدت کوتاه انجام شود.

نتیجه کار

افزایش چشمگیر بازده ویرایش، از حدود چند درصد به ۳۰ تا ۴۰ درصد ویرایش موفق در سلول‌ها — جهشی بزرگ در کارایی فناوری‌های ویرایش ژن.

گام‌های بعدی و چالش‌های آینده

evoCAST هم‌اکنون به سطحی از کارایی رسیده که برای برخی کاربردهای درمان ژنی قابل استفاده است. پژوهشگران در حال آزمایش آن در مدل‌های زیستی پیچیده‌تر هستند. همچنین به بهبود دیگر بخش‌های سامانه ادامه می‌دهند.

بزرگ‌ترین چالش پیش‌رو

چگونه این ابزارها را به‌طور مؤثر به سلول‌ها و بافت‌های هدف در بدن انسان منتقل کنیم؟ — مسئله‌ای که همچنان در مرکز توجه پژوهشگران حوزه ژن‌درمانی است.

منبع:

Isaac P. Witte et al. Programmable gene insertion in human cells with a laboratory-evolved CRISPR-associated transposase. Science

تهیه و تنظیم: سید طه نوربخش

تأیید و نظارت: فائزه محمدهاشم-متخصص ژنتیک