إعادة خياطة الحمض النووي: مستقبل تحرير الجينوم

 إعادة خياطة الحمض النووي: مستقبل تحرير الجينوم

من فلم الخيال العلمي "Jurassic Park" إلى واقع الأطعمة المعدلة وراثيا، فإن فكرة تخصيص النباتات والحيوانات وحتى الجينوم البشري قد أبهرتنا لعقود. هذا الهوس ليس مفاجئا بالنظر إلى التأثير الملحوظ للهندسة الوراثية على حياتنا ، والوعد الذي تحمله لمستقبلنا. "الأرز الذهبي" المحسن، الذي يوفر جرعتك اليومية من فيتامين أ، ونباتات الحور المعدلة التي تساعد على تقليل التلوث، والأنسولين البشري المهندس لمرضى السكري، هي بعض الطرق التي أدت بها الهندسة الوراثية إلى تحسين نوعية حياة الإنسان.

 ولكن، كما تتخيل، فإن تعديل جينات الكائن الحي ليس بالأمر السهل. الأمر ليس بهذه البساطة مثل إزالة الأجزاء التي لا تعجبك باستخدام الممحاة. إنه ينطوي على إجراء تغييرات على المستوى الجزيئي معقدة وصعبة.

 تاريخيا، كانت هذه هي مشكلة الهندسة الوراثية؛ فهي مملة وتستغرق وقتا طويلاً وليست فعالة للغاية. يمثل "تحرير الجينوم Genome editing" فرعا جديدا من الهندسة الوراثية يحاول تصحيح هذه المشكلات. إنها أبسط بكثير وأكثر كفاءة بكثير من الطرق التقليدية للهندسة الوراثية.

خياطي الجينوم:

يستخدم تحرير الجينوم "انزيمات النيوكليازيز nucleases"، وهي بروتينات تعمل مثل المقص الجزيئي ولديها القدرة على قطع الحمض النووي في مواقع محددة.  يحتوي كل إنزيم نيوكليز على تسلسل فريد من الحمض النووي يتعرف عليه ويقطعه. يسمح هذا للعلماء بتكييف المادة الجينية عن طريق إضافة أو إزالة أو استبدال أجزاء من الجينوم. باستخدام هذه التقنية، يمكن للمرء إزالة الأجزاء السيئة وغير الصحية من الجينوم وإضافة نسخ أفضل وصحية من الحمض النووي، مما أحدث ثورة في الطريقة التي نعالج بها الأمراض لدى البشر.

 سعى العلماء لتطوير أساليب آمنة وموثوقة لتحرير الجينوم لمساعدة البحث العلمي ، وكذلك الطب. منذ عام ٢٠٠٤ و الى الان سعى العلماء لتطوير عملية تحرير الجينوم، كان من اشهرها عندنا طور باحثون في جامعة ستانفورد وجامعة هارفارد ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ومؤسسات علمية رائدة أخرى في جميع أنحاء العالم طريقة تحرير الجينوم المسماه CRISPR-Cas.

 الاساسيات:

CRISPR اختصارا ل : Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats، و التي تعني التكرارات المتناظرة القصيرة المنتظمة المتباعدة بشكل منتظم. تستخدم التقنية بروتين نيوكلييز يسمى Cas9.

 

ما الذي يميز نيوكلييز Cas9؟ 

إنه أذكى من النيوكليازات أخرى! تعتمد منطقة الحمض النووي التي يرتبط بها Cas9 على جزيء آخر يسمى الدليل  The Guide RNA. فكر في الموضع على الجينوم الذي يحتاج Cas9 إلى الوصول إليه كعنوان، والذي يتم تمثيله بواسطة تسلسل DNA. يحتوي دليل RNA على عنوان DNA هذا مبرمجا فيه ويعمل كجهاز GPS لتوجيه Cas9 إلى هذا الموقع على الحمض النووي.  

ما هي ميزة هذه الخاصية المميزة لـ Cas9؟  

يسمح للعلماء باختيار المكان الذي يستهدفه Cas9 على الحمض النووي. من خلال تغيير عنوان الحمض النووي على دليل الحمض النووي الريبي ، يمكننا الآن توجيه Cas9 إلى أي موقع مرغوب فيه على الجينوم.

لنفترض أننا نحاول علاج مرض نعلم أنه سببه جين معيب.  يمكننا على وجه التحديد استهداف Cas9 الخاص بنا باستخدام دليل RNA المناسب للجين المعيب على الحمض النووي حيث يمكن تصنيعه إما لإيقاف عمل الجين أو استبدال الجين بنسخة صحية.  هذا ممكن لأنه بمجرد وصوله إلى الموقع المستهدف المطلوب، يقسم بروتين Cas9 الحمض النووي على كلا الخيطين. على الفور، تجند الخلية آلية الإصلاح الخاصة بها لتصل الحمض النووي المقسوم معا مرة أخرى.

 ومع ذلك، قبل إجراء الإصلاح، يمكن بعد ذلك معالجة النظام لإزالة عدد قليل من النيوكليوتيدات في ذلك الموقع، مما قد يؤدي إلى فقدان قدرة الجين على العمل. أو يمكن للنظام إدخال او استبدال تسلسل الحمض النووي في الجين. في كلتا الحالتين، ستكون النتيجة النهائية هي كائن حي معدّل وراثيا، ونأمل أن يكون المريض قد شُفي.

تطور سريع و تطبيقات كثيرة:

ان نظام كريسبر يعد بأشياء عظيمة لمستقبل العلاج الجيني القائم على الخلايا الجذعية والطب التجديدي. بعد اكتشاف CRISPR-Cas كان هنالك تسارع لتطبيق التقنيه و ظهر العديد من الابحاث و بعض الدلائل على نجاحها. كان من اشهرها، تحاول شركة في ماساتشوستس تدعى Editas Medicine تكييف هذه التكنولوجيا لاستخدامها في بيئة سريرية لعلاج الأمراض البشرية. بدأ العلماء منذ نشر اولى ابحاث تقنية كريسبر في العمل على تحقيق ذلك من خلال إجراء تجارب التحرير هذه في مزارع الخلايا البشرية و كانت تعطي نتلئج بنجاح كبير.

 ايضا، تمكنت مجموعات أبحاث كوان وروسي في جامعة هارفارد من تعديل خلايا الدم الجذعية البشرية بطريقة لا يمكن أن تصاب بعد الآن بفيروس نقص المناعة البشرية. يأمل العلماء المشاركون في هذا البحث أن يتم استخدام هذه الخلايا المهندسة يوما ما لعلاج مرضى فيروس نقص المناعة البشرية. بينما لا يزال هناك الكثير من العمل الذي يتعين القيام به لتحقيق هذا الحلم، فإن المستقبل الذي يتم فيه تحرير جينوم المريض مباشرة لإزالة الجين المسبب للمرض أو علاج المرضى بالخلايا الجذعية المعدلة ليس بعيدا. كانت هناك أيضا العديد من الفوائد المباشرة لتقنية CRISPR-Cas. وقد زود العلماء بأداة سهلة لصنع كائنات معدلة وراثيا.

مخاوف مستقبلية:

 ولكن، مع التكنولوجيا التي تتطور بسرعة كبيرة ، يجب توخي الحذر وضبط النفس مع الاستخدام. كلما زادت سهولة الاستخدام، زاد الخوف وإمكانية إساءة الاستخدام.  كما هو الحال مع أي تقنية هندسة وراثية ، أثار كريسبر-كاس العديد من المخاوف الأخلاقية في كل من المجتمع العلمي وكذلك عامة الناس. يتمثل الشاغل الأكبر في أن ما يبدأ بتحرير الجينوم البشري لعلاج الأمراض يمكن أن يتحول بسرعة إلى التحرير من أجل الراحة أو المتعة.

 أحد الاهتمامات الخاصة بين العلماء هو التعديلات التي يتم إجراؤها على خلايا السلالة الجرثومية البشرية - أي الحيوانات المنوية أو البويضة.  هذه تغيرات جينية ستنتقل فعليا عبر الأجيال ويخشى العلماء من احتمال حدوث آثار جانبية غير متوقعة لذلك. بالإضافة إلى ذلك، هناك مخاوف أخلاقية للأشخاص الذين يسيئون استخدام هذه التكنولوجيا لتعديل الجينوم عمدا لجعل "الأطفال المصممين" بخصائص محسنة. هذه بعض المخاوف الحقيقية التي تجعل العلماء يتوقفون ويوازنون بين إيجابيات وسلبيات استخدام هذه التكنولوجيا.

 على الرغم من هذه الخلافات، لا يمكن لأحد أن ينكر أن تقنية كريسبر-كاس تبشر بالخير أكثر من أي تقنية سابقة لتحرير الجينوم بنجاح. على الرغم من أنه قد لا يكون لدينا بعد سلالة من الأطفال الخارقين أو الديناصورات التي نشأت من الموت، يبدو أن تحرير الجينوم يحول الخيال العلمي ببطء إلى حقيقة.

تحياتي

Adenine