تولد یک ژن خوب!

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

عسل اخویان طهرانی

دانش