کریسپر روشی است بر مبنای ویرایش ژن و از سیستم ایمنی باکتریایی الهام گرفته شده است. این تکنیک در دنیای امروزه به شدت مورد توجه دانشمندان و محققان قرار گرفته و بالاخص برای ژن درمانی استفاده می شود. با استفاده از یک پروتئین برش دهنده به نام کَس۹ و یک RNA راهنما، کریسپر میتواند یک قسمت خاص از DNA را شناسایی کرده و تغییر دهد. این تکنولوژی می تواند برای درمان بیماری های ژنتیکی، بهبود ویژگی های زیستی، و ایجاد موجودات جدید کاربرد داشته باشد. در این مقاله از شرکت دانش بنیان پویاژن آزما، ما به تاریخچه، روش، و کاربردهای کریسپر می پردازیم.
تاریخچه کریسپر
کریسپر یک اختصار از عبارت Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats می باشد. این تکنیک به مجموعه ای از تکرارهای کوتاه و متقارن در DNA باکتری ها اشاره می کند. وقتی یک ویروس باکتریوفاژ به یک باکتری حمله می کند، باکتری می تواند بخشی از DNA ویروس را برش داده و درون تکرارهای خود قرار دهد. این کار باعث می شود که باکتری بتواند ویروس را در آینده شناسایی و نابود کند. در واقع می توان گفت این تکرارها به عنوان یک سیستم دفاعی علیه ویروس ها عمل می کنند.
این تکرارها برای اولین بار در سال 1987 توسط یک دانشمند ژاپنی به نام Yoshizumi Ishino در یک باکتری به نام Escherichia coli کشف شد، اما وی در مورد کاربرد این تکرارها اطلاعاتی به دست نیاورد. در سال های بعد، دانشمندان دیگری نیز این تکرارها را در باکتری های مختلفی یافتند و نام کریسپر را برای آن ها انتخاب کردند.
در سال 1993، یک گروه از دانشمندان اسپانیایی به رهبری Francisco Mojica نشان دادند که این تکرارها مربوط به DNA ویروس هایی هستند که به باکتری ها حمله کرده اند. آنها فهمیدند که این تکرارها بخشی از یک سیستم دفاعی پیچیده هستند که شامل ژنهایی می شود که برای پروتئین های برش دهندهDNA کد می کنند. این پروتئین ها را کَس (CRISPR-associated) نامیدند.
در سال 2007، یک گروه از دانشمندان فرانسوی به رهبری Philippe Horvath نشان دادند که کریسپر می تواند باکتری ها را در برابر ویروس ها محافظت کند. آنها مشاهده کردند که با اضافه کردن یک تکه DNA ویروسی به تکرارهای کریسپر، میتوان مقاومت باکتری را در برابر همان ویروس افزایش داد. این یعنی کریسپر میتواند یک حافظه از ویروس هایی که با آنها مواجه شده است، نگه دارد و آنها را تشخیص دهد.
در سال 2012، دو گروه از دانشمندان به رهبری Jennifer Doudna و Emmanuelle Charpentier به طور مستقل از هم نشان دادند که می توان با استفاده از یک پروتئین کَس۹ و یک RNA راهنما، DNA را در مکان های خاصی برش و تغییر داد. این RNA راهنما می تواند به یک قسمت خاص از DNA هدف بچسبد و اینگونه کَس۹ را به آن راهنمایی کند. این کشف باعث شد که کریسپر به یک ابزار قدرتمند برای ویرایش ژن های هر موجود زنده ای تبدیل شود.
تصویر شماتیک کریسپر
روش کریسپر
کریسپر یک روش ساده و کارآمد برای ویرایش ژن ها است. برای این کار، فقط دو مولکول لازم است: یک پروتئین برش دهنده به نام کَس۹ و یک RNA راهنما که می تواند به یک قسمت خاص از DNA هدف بچسبد. این دو مولکول را می توان به سلول های مورد نظر تزریق کرد یا با استفاده از ویروس ها یا پلاسمیدها به آن ها منتقل کرد.
وقتی که این دو مولکول وارد سلول می شوند، RNA راهنما به کَس۹ متصل می شود و آن را به مکان مورد نظر در DNA هدف هدایت می کند. کَس۹ سپس دو رشته DNA را در آن مکان برش می دهد و یک شکاف در DNA ایجاد می کند. این شکاف می تواند توسط دو مکانیزم ترمیم شود: ترمیم هم پیوندی ناهمگن (NHEJ) یا ترمیم همپیوندی همگن (HDR).
ترمیم هم پیوندی ناهمگن یاNHEJ
در این مکانیزم، سلول سعی می کند شکاف را با چسباندن دو رشته DNA به هم ببندد. اما این کار ممکن است باعث ایجاد تغییرات در ترتیب نوکلئوتیدها شود. این تغییرات می توانند باعث ایجاد جهش ها یا حذف ژن ها شوند. این مکانیزم می تواند برای غیرفعال کردن یک ژن مورد استفاده قرار گیرد.
ترمیم هم پیوندی همگن یا HDR
در این مکانیزم، سلول از یک الگوی DNA برای ترمیم شکاف استفاده می کند. این الگو می تواند یک کروموزوم خواهر یا یک DNA خارجی باشد. این مکانیزم می تواند برای جایگزین کردن یک ژن با یک ژن جدید یا اصلاح کردن یک ژن خراب مورد استفاده قرار گیرد.
با استفاده از این دو مکانیزم، می توان ژن های مورد نظر را حذف، اضافه، یا تغییر داد. این کار می تواند برای اهداف مختلفی انجام شود که در بخش بعدی به برخی از آنها اشاره می کنیم.
کاربردهای کریسپر
کریسپر یک تکنولوژی قدرتمند و انقلابی است که می تواند برای اهداف مختلفی مورد استفاده قرار گیرد. برخی از کاربردهای کریسپر عبارتند از:
درمان بیماری های ژنتیکی
بیماری هایی مانند سل، سرطان، هموفیلی، و بیماری هانتینگتون. با ویرایش ژن های مسئول این بیماری ها، می توان علائم آن ها را کاهش داد یا حذف کرد. برای مثال، در سال 2020، دو بیمار مبتلا به سل و یک بیمار مبتلا به بیماری هانتینگتون با استفاده از کریسپر درمان شدند. این درمان ها باعث شد که تعداد گلبول های خونی آلوده کاهش یابد و علائم بیماری بهبود یابد.
بهبود ویژگی های زیستی
از کریسپر برای بهبود ویژگی هایی مانند مقاومت، بازده، و کیفیت بهره برد. با ویرایش ژن های مربوط به این ویژگی ها، می توان محصولات کشاورزی، دام، و آزمایشگاهی را بهبود بخشید. برای مثال، با استفاده از کریسپر، می توان گیاهانی را ایجاد کرد که مقاوم تر در برابر خشکی، شوری، سرما، و آفات هستند. همچنین می توان حیواناتی را تولید کرد که بیشتر رشد کنند، کمتر بیمار شوند، و کیفیت گوشت یا شیر بهتری داشته باشند.
ایجاد موجودات جدید با ویژگی های منحصر به فرد
با اضافه کردن ژن هایی از موجودات دیگر، می توان موجوداتی را خلق کرد که در طبیعت وجود ندارند. برای مثال، با استفاده از کریسپر، می توان گیاهانی را ایجاد کرد که در تاریکی روشن شوند یا حیواناتی را که قابلیت ارتباط با انسان را داشته باشند.
کریسپر یک تکنولوژی جذاب و پرچالش است که می تواند برای بهبود زندگی انسان ها و محیط زیست مفید باشد. البته این تکنولوژی هم مانند هر تکنولوژی دیگری، می تواند دارای مشکلات و اخلاقیات باشد. بنابراین، لازم است که از کریسپر با دقت و مسئولیت استفاده شود و قوانین و مقررات مناسبی برای نظارت بر آن وجود داشته باشد.
از اینکه این مقاله را تا انتها همراه ما خواندید از شما سپاسگزاریم؛ شما می توانید از این لینک به مقالات دیگر ما دسترسی پیدا کنید.
