با پیشرفت‌های مهندسی ژنتیک به روش کریسپر و تحولی که در اصلاح ژن‌ها و آینده زیست‌شناسی ایجاد کرده است، بیشتر آشنا شوید

تولد یک ژن خوب!

برای سال ها پژوهشگران برای ایجاد تغییر در ماهیت ژنتیکی موجودات زنده از باکتری تا گیاه و حیوان‌های مدل آزمایشگاهی با محدودیت‌هایی روبه‌رو بودند. به عنوان مثال، برای تولید گیاهی مقاوم به شوری یا خشکی راهکارهای موجود، استفاده از تفنگ ژنی، انتقال ژن با باکتری‌های دستکاری‌شده یا قراردادن بذرها در معرض پرتوی فرابنفش به امید ایجاد جهش دلخواه بود. درخصوص ایجاد تغییرات در محتوای ژنتیکی سلول‌های جانوری و انسانی نیز روش‌هایی موجود بود، اما مشکل اصلی همه این روش‌ها زمانبر بودن، هزینه‌ بالا و بازدهی به نسبت پایین بود. در این روش‌ها انتقال ژن یا جهش ژنتیکی به صورت اتفاقی و در محدوده ژنی غیرقابل پیش‌بینی اتفاق می‌افتد و از بین سلول‌های تغییریافته، آنهایی که تغییر دلخواه را داشتند باید جداسازی می‌شد. با معرفی ابزار ژنتیکی کریسپر (CRISPR) در سال 1390/2012 به عنوان ابزاری برای اصلاح ژن در سلول‌ها، اصلاح ژن‌ به فرآیندی ساده، دقیق و ارزان‌قیمت تبدیل شد. اگر می‌خواهید با روش عملکرد این سامانه سلولی، کاربردهای آن و فراز و نشیب‌های موجود در مسیر آن بیشتر آشنا شوید، در ادامه با ما همراه شوید.
کد خبر: ۱۱۹۱۵۴۹

شکل‌گیری ایده
اگرچه سازوکار عملکرد طبیعی کریسپر از حدود 20 سال پیش در باکتری‌ها شناسایی شده بود، اما چند سال طول کشید تا پژوهشگران به فکر استفاده از این سازوکار طبیعی به عنوان ابزاری برای ایجاد تغییر در ماهیت ژنتیکی موجودات زنده بیفتند. این روش در حال حاضر برای ایجاد تغییرات ژنتیکی در گیاهان بسیار رایج شده، زیرا با استفاده از آن نگرانی ورود ژن از جانداری به جاندار دیگر برطرف می‌شود.
با این حال، اثرگذاری هر ابزار ژنتیکی زمانی پررنگ‌تر می‌شود که بتواند به سلامت انسان‌ها کمک کند. اگر این روش آن‌قدر دقیق عمل کند که بتواند چند نوکلئوتید جهش‌یافته مانند جهش‌هایی را که عامل بیماری‌های ژنتیکی مانند هموفیلی و آنمی داسی‌شکل هستند، اصلاح کند، می‌توان برای همیشه از شر این بیماری‌ها خلاص شد؛ اما مسیر دستکاری ژن‌های انسانی مسیری پر جنجال است؛ زیرا بسیاری از قوانین آن را برخلاف موازین اخلاق و حقوق بشر می‌دانند. روش کریسپر نیز در حال حاضر درگیر این چالش‌ها شده است؛ اما به کارگیری این روش تا چه حد می‌تواند خطرناک باشد؟ آیا می‌توان با تکیه بر مزایای آن از خطرات احتمالیش چشم‌پوشی کرد؟ با کمک این روش چه آینده‌ای را می‌توان برای بشر متصور شد؟

کریسپر چیست؟
کریسپر سازوکار سلولی طبیعی برخی باکتری‌ها برای دفاع از خود در برابر حمله ویروسی است. باکتری‌ها در هر بار رویارویی با ویروسی جدید، بخشی از مولکول دی‌اِن‌اِی آن را به عنوان «خاطره» در ژنوم خود ذخیره می‌کنند، بنابراین هر باکتری در بخشی از ژنوم خود کتابخانه‌ای از تکه‌های ژنی ویروس‌هایی که با آنها طی زندگی روبه‌رو شده، حمل می‌کند. این تکه‌های ژنتیکی باعث می‌شوند در برخوردهای بعدی باکتری با ویروس به سرعت خطر شناسایی شود و سازوکار ایمنی باکتری بلافاصله ویروس را از بین ببرد.
در بین قطعات ژنی ویروس‌ها، تکه‌هایی از نوکلئوتیدهای (واحدهای سازنده ژن‌ها) تکراری قرار می‌گیرند که در حقیقت کریسپر، سرواژه این قطعات است (Clustered Regulatory Interspaced Short Palindromic Repeat). هر زمان که باکتری دوباره در معرض ویروسی که خودش یا اجدادش پیش از این با آن روبه‌رو شود، قطعه کریسپر بالادست آن به‌سرعت فعال می‌شود و ماشین رونویسی از ژن را فرا می‌خواند تا رشته‌ای مکمل قطعه ژنی ویروس رونویسی شود. سپس این قطعه تک‌رشته به ژنوم ویروس متصل می‌شود و پس از دو رشته‌ای‌شدن پیامی برای آنزیم برشگر ارسال می‌کند و به این‌ترتیب ژنوم ویروس قطعه‌قطعه شده و ویروس منهدم می‌شود. باکتری با این روش از خود در برابر ویروس‌ها دفاع می‌کند.
این آنزیم در باکتری‌های مختلف انواع گوناگونی دارد، ولی از میان آنها کاس9 (Cas9) در مهندسی ژنتیک پرکاربردتر است. این آنزیم‌ها با روش‌های مهندسی ژنتیک می‌توانند به گونه‌ای تنظیم شوند که فقط توالی خاصی از دی‌اِن‌اِی را برش دهند.

کریسپر چطور عمل می‌کند؟
تا اینجا با عملکرد طبیعی این سازوکار سلولی در باکتری‌ها آشنا شدیم. اما این مجموعه چطور به اصلاح ژن‌ها در سلول‌های انسانی کمک می‌کنند؟
محققان پس از مشخص‌کردن ژن هدف، توالی نوکلئوتیدی اختصاصی ژن را به همراه توالی پیام‌دهنده کریسپر و همچنین توالی ژنی مربوط به تولید آنزیم برشگر اختصاصی را در حامل‌های ویژه قرار می‌دهند. از آنجا که ویروس‌ها براساس طبیعت خود تمایل زیادی به انتقال مواد ژنتیکی به داخل سلول دارند، پژوهشگران از آنها به عنوان انتقال‌دهنده این مجموعه ژنی به درون سلول هدف استفاده می‌کنند. پس از ورود مجموعه به سلول، آنزیم برشگر تولید می‌شود و قطعه مکمل ژن از توالی ژنی وارد شده ساخته می‌شود. پس از اتصال این توالی تک‌رشته‌ای به ژن هدف، پیام به آنزیم برشگر ارسال می‌شود و ژن از نواحی خاصی برش می‌خورد. در این مرحله می‌توان قطعه ژنی سالم را جایگزین قسمت برش‌خورده کرد یا براساس هدف پژوهشی ژن مورد نظر را به طور کامل در اثر برش ایجاد‌شده غیرفعال کرد.

آینده کریسپر

هر فناوری نیاز به گذر زمانی برای رشد و رسیدن به بلوغ دارد. به نظر می‌رسد روند استفاده از این روش جدید نیز با در نظر گرفتن ملاحظات اخلاقی ادامه‌دار خواهد بود. دکتر امیری‌یکتا در این خصوص توضیح می‌دهد: «پیش‌بینی آینده فناوری‌ها با توجه به سرعت بالای پیشرفت‌شان عملا غیرممکن است. شاید 15سال پیش تصوری از مواردی که امروز به فناوری‌های رایج تبدیل شده نداشتیم. روش کریسپر در کنار تمام مزیت‌هایی که نسبت به سایر روش‌های اصلاح ژنی دارد، باز هم تا حدی ممکن است خطاهایی را در سلول با اتصال و برش غیراختصاصی ایجاد کند. به همین علت در حال حاضر در سراسر دنیا مطالعاتی برای بهبود اشکالات این ابزار قدرتمند و افزایش دقت و کارایی آن در حال انجام است. به نظر من در آینده شاهد بازدهی و دقت بالاتر و همچنین کاربردهای متنوع‌تری از این روش خواهیم بود. البته قاعدتا این توسعه و پیشرفت تا جایی ادامه خواهد داشت که تقابلی با موازین اخلاق زیستی نداشته باشد.»

کاربردها و جنجال‌ها
تاکنون پژوهش‌هایی برای استفاده از روش کریسپر برای ژن‌درمانی در بیماری‌های ژنتیکی، خصوصا بیماری‌هایی که عوامل ژنی متعددی ندارند در حال انجام است و برخی از آنها نیز با موفقیت‌ همراه بوده است.
از سوی دیگر به دلیل سرعت بالا و هزینه پایین از این ابزار برای شناسایی عملکرد ژن‌هایی که تاکنون نقش‌شان مشخص نشده یا تایید نقش ژنی در ایجاد بیماری خاص نیز بسیار استقبال شده است. این روش معمولا در مورد ژن‌هایی که مشابه‌شان در مدل‌های حیوانی موجود است استفاده می‌شود. همچنین با این روش برخلاف روش‌های گذشته، به آسانی می‌توان حیوان مدل برای بیماری‌های مختلف تولید کرد. برای این کار مجموعه کریسپر و آنزیم برشگر اختصاصی ژن مورد نظر به سلول‌های حیوان آزمایشگاهی وارد می‌شوند. پس از غیرفعال‌کردن ژن مورد نظر در سلول‌های هدف نقش ژن در حیوان مشخص می‌شود و می‌توان در نهایت نقش آن ژن در بدن انسان را نیز با دقت بالایی حدس زد. حتی می‌توان از این حیوان‌های مدل برای بررسی اثر داروها نیز بهره برد.

چالش‌ها از زمانی آغاز می‌شود که این روش برای دستکاری کل محتوای ژنتیکی انسان و تغییر ماهیت آن استفاده شود. بهترین زمان برای ژن‌درمانی در بیماری‌هایی که وراثت‌شان اجتناب‌ناپذیر است و از طرفی نمی‌توان آن را بدون اصلاح ژنی کل سلول‌های بافت مورد نظر بهبود بخشید، در مراحل اولیه تقسیم سلول‌های جنینی است. زیرا در این مرحله در صورت اصلاح ژن معیوب، تمام سلول‌های بعدی حاصل از آن سالم خواهند بود. اما بسیاری از کارشناسان این کار را خلاف موازین اخلاق زیستی می‌دانند. چنان‌که در ماه‌های گذشته شاهد جنجال‌هایی در خصوص مطالعات پژوهشگری در چین بودیم که ادعا کرده بود با کمک این روش توانسته نوزادی مقاوم به بیماری ایدز به دنیا بیاورد و براساس موازین اخلاقی فعالیت تحقیقاتی او به صورت کامل متوقف شد. اما آیا این به این معناست که این روش از اساس خطرناک است و استفاده از آن در همین مرحله متوقف خواهد شد؟
پژوهش‌های کریسپر در ایران
در حال حاضر مطالعات زیادی در دانشگاه‌ها و پژوهشگاه‌های کشور برای بومی‌سازی این فناوری در داخل کشور خصوصا در حوزه کشاورزی و همچنین شناسایی و تایید نقش ژن‌ها در حال انجام است. دکتر امیر امیری‌یکتا، عضو هیات‌علمی بخش ژنتیک پژوهشگاه رویان در این خصوص توضیح می‌دهد: «متاسفانه اطلاعات تجمیع‌شده و دقیقی از پژوهش‌هایی که در دانشگاه‌ها و پژوهشگاه‌های مختلف کشور انجام می‌شود در دسترس نیست. در پژوهشگاه رویان در حال حاضر استفاده از این روش به فرآیندی معمول برای بررسی عملکرد ژن‌ها تبدیل شده است. از دیگر فعالیت‌های پژوهشگاه رویان در زمینه تحقیقات کریسپر، تولید انواع مدل‌های موشی بیماری‌های مختلف برای توسعه مطالعات ژنتیکی این بیماری‌ها و بررسی اثربخشی داروهای تولیدی است. همچنین تحقیقاتی در زمینه تولید سلول‌های تمایزیافته اصلاح شده از سلول‌های بنیادی انسانی به منظور ژن‌درمانی برخی بیماری‌های ژنتیکی در حال انجام است که برخی از آنها در مرحله مطالعاتی و برخی در مرحله پایلوت قرار دارند و به‌زودی شاهد نتایج آنها خواهیم بود. البته توجه به مرزها در استفاده از هر نوع فناوری جدیدی باید لحاظ شود. این حساسیت‌ها خصوصا در مورد این نوع فناوری‌ها با ماهیت انسانی بیشتر است. محدوده فعالیت‌های تحقیقاتی ما نیز در چارچوب‌های اخلاقی جهانی قرار دارد.»

عسل اخویان طهرانی

دانش

newsQrCode
ارسال نظرات در انتظار بررسی: ۰ انتشار یافته: ۰

نیازمندی ها