"يبشر العلاج الجيني بعلاج نطاق واسع من الأمراض مثل السرطان والتليفات الكيسية وأمراض القلب والداء السكري والناعور والإيدز. ولا يزال الباحثون يدرسون كيفية استخدام العلاج الجيني ووقته. وفي الوقت الحالي، في الولايات المتحدة، يتوفر العلاج الجيني كجزء من التجارب السريرية فقط". جوجل ويكيبيديا
2 مارس 2022
مصدر:جامعة تكساس في أوستن
د.سالم م القحطاني
أعاد العلماء تصميم مكون رئيسي لأداة تحرير الجينات المعتمدة على كريسبر على نطاق واسع، تسمى Cas9، لتكون أقل احتمالًا بآلاف المرات لاستهداف الامتداد الخاطئ للحمض النووي مع الحفاظ على فعاليتها مثل النسخة الأصلية، مما يجعلها أكثر أمانًا. يتمثل أحد التحديات الكبرى في استخدام تحرير الجينات المعتمد على تقنية كريسبر على البشر في أن الآلية الجزيئية تقوم أحيانًا بإجراء تغييرات على الجزء الخطأ من جينوم المضيف، مما يؤدي إلى احتمال أن محاولة إصلاح طفرة جينية في بقعة واحدة في الجينوم يمكن أن تكون مصادفة في خلق طفرة جديدة خطيرة في طفرة أخرى.
ولكن الآن، أعاد العلماء في جامعة تكساس في أوستن تصميم مكون رئيسي لأداة تعديل الجينات المعتمدة على كريسبر على نطاق واسع، والتي تسمى Cas9، لتكون أقل احتمالًا بآلاف المرات لاستهداف الامتداد الخاطئ للحمض النووي مع الحفاظ على نفس الكفاءة كإصدار أصلي، مما يجعله أكثر أمانًا على الأرجح. تم وصف العمل في ورقة بحثية نُشرت اليوم في مجلة Nature
قال كينيث جونسون، أستاذ العلوم الحيوية الجزيئية وكبير مؤلفي الدراسة مع ديفيد تايلور، الأستاذ المساعد في علم الجزيئات العلوم الحيوية. والمؤلفون المشاركون في الورقة البحثية هم زملاؤنا في مرحلة ما بعد الدكتوراه جاك برافو ومو سين ليو.
أعادت المعامل الأخرى تصميم Cas9 لتقليل التفاعلات غير المستهدفة، ولكن حتى الآن، تعمل كل هذه الإصدارات على تحسين الدقة من خلال التضحية بالسرعة. SuperFi-Cas9 ، كما أُطلق على هذا الإصدار الجديد، تقل احتمالية قطع المواقع المستهدفة 4000 مرة ولكن بنفس سرعة Cas9 التي تحدث بشكل طبيعي. يقول Bravo أنه يمكنك التفكير في الإصدارات المختلفة التي تم إنشاؤها في المختبر من Cas9 كنماذج مختلفة من السيارات ذاتية القيادة. معظم الطرز آمنة حقًا، لكن سرعتها القصوى تبلغ 10 أميال في الساعة.
قال برافو، إنها أكثر أمانًا من Cas9 الذي يحدث بشكل طبيعي، ولكن هذا يأتي بتكلفة كبيرة: إنها تسيرون ببطء شديد. "SuperFi-Cas9 يشبه السيارة ذاتية القيادة التي تم تصميمها لتكون آمنة للغاية، ولكن لا يزال بإمكانه العمل بأقصى سرعة ".
حتى الآن، أظهر الباحثون استخدام SuperFi-Cas9 على الحمض النووي في أنابيب الاختبار. إنهم يتعاونون الآن مع باحثين آخرين يخططون لاختبار SuperFi-Cas9 لتحرير الجينات في الخلايا الحية. إنهم يعملون أيضًا على تطوير إصدارات أكثر أمانًا ونشاطًا من Cas9.
يتم تكييف أدوات تحرير الجينات القائمة على تقنية كريسبر من أنظمة تحدث بشكل طبيعي في البكتيريا. في الطبيعة، يطفو بروتين Cas9 في البيئة، باحثًا عن الحمض النووي بتسلسل محدد جدًا من 20 حرفًا ، مثل X على خريطة القرصان التي تشير إلى "احفر هنا". في بعض الأحيان، عندما تكون معظم الحروف صحيحة، باستثناء تلك الموجودة في النقاط 18 إلى 20 ، لا يزال Cas9 يتقدم ويبحث. وهذا ما يسمى عدم التوافق، ويمكن أن يكون له عواقب وخيمة في تحرير الجينات.
طور تايلور وجونسون تقنية تسمى تحديد الهيكل الموجه بالحركة والتي تستخدم مجهر إلكتروني بالتبريد في مختبر Sauer للبيولوجيا الإنشائية لأخذ لقطات من Cas9 أثناء تفاعله مع هذا الحمض النووي غير المتطابق.
لقد فوجئوا باكتشاف أنه عندما يواجه Cas9 هذا النوع من عدم التطابق في المواضع من 18 إلى 20، فبدلاً من الاستسلام والمضي قدمًا، يكون له هيكل يشبه الإصبع ينقلب ويحتفظ بالحمض النووي، مما يجعله يتصرف كما لو كان في التسلسل الصحيح. عادة، يؤدي عدم التطابق إلى ترك الحمض النووي مرنًا بعض الشيء؛ هذا الهيكل الذي يشبه الإصبع يثبته.
قال برافو: "يبدو الأمر كما لو كان لديك كرسي وانكسرت إحدى رجولة وقمت فقط بلصقه معًا مرة أخرى." "لا يزال من الممكن أن يعمل ككرسي، لكنه قد يكون متذبذبًا بعض الشيء. إنه إصلاح قذر جدًا.".
بدون هذا الاستقرار الإضافي في الحمض النووي، لا يتخذ Cas9 الخطوات الأخرى اللازمة لقطع الحمض النووي وإجراء التعديلات. لم يلاحظ أحد من قبل هذا الإصبع الإضافي يقوم بهذا التثبيت من قبل.
قال تيلور: "كان هذا شيئًا لم يكن من الممكن أن أتخيله، في غضون مليون عام، كنت أتخيله في ذهني".
بناءً على هذه الرؤية، أعادوا تصميم الإصبع الإضافي على Cas9 بحيث بدلاً من تثبيت جزء الحمض النووي الذي يحتوي على عدم التطابق، يتم دفع الإصبع بعيدًا عن الحمض النووي، مما يمنع Cas9 من مواصلة عملية قطع وتحرير الحمض النووي. والنتيجة هي SuperFi-Cas9، وهو بروتين يقطع الهدف الصحيح تمامًا مثل Cas9 الذي يحدث بشكل طبيعي، ولكن من غير المرجح أن يقطع الهدف الخطأ.
----------------
Other authors are Grace Hibshman, Tyler Dangerfield, Kyungseok Jung and Ryan McCool, also of The University of Texas at Austin.
ravo, Liu, Hibshman, Dangerfield, Johnson and Taylor are inventors on a patent application covering novel Cas9 designs based on this work. The UT Austin Office of Technology Commercialization is managing the intellectual property and working to find industry partners that can help realize the vast potential of the technology.
This work was supported in part by The Welch Foundation and the Robert J. Kleberg, Jr. and Helen C. Kleberg Foundation. Taylor is a CPRIT scholar supported by the Cancer Prevention and Research Institute of Texas. Taylor is also supported by the David Taylor Excellence Fund in Structural Biology, made possible with support from Judy and Henry Sauer.
Story Source:
Materials provided by University of Texas at Austin. Note: Content may be edited for style and length.
