فناوری ویرایش ژن چیست و چه کاربردهایی دارد؟

فناوری "کریسپر" اخیراً جامعه علمی را دچار تحول کرده است. با این حال، این تکنولوژی هنوز به آن درجه از جلب توجه، شهرت و محبوبیت در خارج از جامعه علمی که مستحق آن است، نرسیده است.

بسیاری از مردم دنیا نمی‌دانند که فناوری کریسپر چیست و چه کاری انجام می‌دهد. بنابراین در این مقاله نگاه عمیق‌تری به آن خواهیم داشت.

"CRISPR" مخفف "تناوب‌های کوتاهِ پالیندرومِ فاصله‌دارِ منظمِ خوشه‌ای" و یک تکنولوژی است که دانشمندان را قادر می‌سازد "دی‌ان‌ای"(DNA) هر ژنوم را ویرایش کنند. دانشمندان با ویرایش DNA می‌توانند ویژگی‌های خاصی از یک ارگانیسم را تغییر دهند.

تناوب‌هایِ کوتاهِ پالیندرومِ فاصله‌دارِ منظمِ خوشه‌ای(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) یا به اختصار کریسپر بخشی از دی‌.ان‌.ایِ پروکاریوت هستند که حاوی تناوب‌های کوتاهِ توالی‌های بنیادین هستند.

کریسپر نوعی سیستم ایمنی تطابق پذیر در باکتری‌ها است که آنها را قادر به کشف دی‌.ان‌.ای ویروس و بعد نابودی‌شان می‌کند. بخشی از سیستم کریسپر، پروتئینی به نام "کَس ۹"(Cas9) است که قابلیت جستجو، برش زدن و سرانجام استحاله دی‌.ان‌.ای ویروس را به روشی خاص دارد. فناوری کریسپر به دانشمندان اجازه می‌دهد، تغییراتی در دی‌.ان‌.ای سلول‌ها ایجاد کنند.

کشف CRISPR/توسعه اولیه

تحقیق در مورد کریسپر و پیشرفت‌های قابل توجه در خصوص عملکرد و ویژگی‌های آن ابتدا توسط یک محقق به نام "فرانسیسکو موهیکا" در سال ۱۹۹۳ آغاز شد.

با گذشت هر سال، دانشمندان شروع به کسب دانش بیشتر و بیشتر در مورد کریسپر کردند و با توجه به تحقیقات متعدد انجام شده در سراسر جهان در سال ۲۰۰۵ به جزئیات قابل توجهی رسیدند که در آن یک محقق به نام "الکساندر بولوتین" پروتئین کشف Cas9 که یک آنزیم برای برش دی‌.ان‌.ای است و اجازه می‌دهد تا ژنوم در سلول خود ویرایش شود را کشف کرد.

کریسپر چیست و چرا این قدر مهم است؟

برای روشن شدن وجوه فناوری کریسپر ابتدا باید به زمان قبل از کریسپر نگاه کنیم. زمانی که دانشمندان تلاش می‌کردند DNA را ویرایش کنند و تقریباً به هیچ موفقیتی دست نمی‌یافتند.

اما کریسپر کل این سناریو را تغییر داد. دانشمندان با کریسپر به تمام ابزارهای مناسب مورد نیاز برای برش هر گونه مواد ژنتیکی مجهز شدند و بهترین بخش این است که کریسپر به آنها اجازه می‌دهد تا این قابلیت را آسان‌تر و سریع‌تر از سایر روش‌ها به دست آورند.

کریسپر با پروتئین حاوی ویژگی‌های برش پیوسته و سیستم هدف‌گیری بارگیری می‌شود. اما چگونه دانشمندان توانستند این ویژگی‌ها را شناسایی کنند؟

آناتومی کریسپر

ویروس‌ها به باکتری‌ها حمله می‌کنند و با تلاش برای نابودی یا تکثیر داخل باکتری‌ها، آنها را از بین می‌برند. پس از گذشت یک زمان معین، ویروس‌های جدید از سیتوپلاسم سلول خارج می‌شوند تا باکتری‌های بیشتری را آلوده کنند و میزبان را در این فرآیند به کشتن دهند.

با این حال برخی از باکتری‌ها یک مکانیسم دفاعی برای جلوگیری از غرق شدن در ویروس‌ها ایجاد کرده‌اند. هنگامی که آنها با ویروس‌ها برخورد می‌کنند آنها را به قطعات ریز تبدیل می‌کنند و از پروتئین‌ها برای برش ویروس و دخیل کردن کمی از دی‌.ان‌.ای ویروس موسوم به آر.ان‌.ای راهنما(gRNA) استفاده می‌کنند تا بتوانند همان ویروس‌ها را در آینده تشخیص دهند و به راحتی با آنها مقابله کنند.

"کَس ۹"(Cas9) متعلق به یک پروتئین برش دی‌.ان‌.ای قدرتمند است که در برش ویروس‌های پیشرفته و قوی‌تر بسیار کارآمد است.

ضمن اینکه باید یادآوری کرد که Cas9 تنها یکی از پروتئین‌های متعدد برش دی‌.ان‌ای است که دانشمندان از آن استفاده می‌کنند. پروتئین‌های دیگری مانند Cas3 نیز موجود هستند که می‌توانند دی‌.ان‌.ای را به جای اینکه فقط برش دهند، مصرف کنند و از بین ببرند.

برای برنامه‌ریزی باکتری‌ها به منظور برش بخش خاصی از دی‌.ان‌.ای، دانشمندان باید RNA راهنما را با اطلاعات مناسب برنامه‌نویسی کنند. سپس RNA و پروتئین را به باکتری تزریق می‌کنند.

بعد از اینکه دانشمندان RNA راهنما و Cas9 را به باکتری‌ها تزریق کردند، CRISPR-Cas9 آماده خواهد بود.

اما کار کریسپر فراتر از تنها برش دی‌.ان‌.ای و خارج کردن ژنوم است. کریسپر همچنین قادر است بخش دیگری از دی‌.ان‌.ای را به قسمتی که برش را برای اصلاح ژنوم انجام داده است، پیوست کند.

کاربرد کریسپر

با کشف کریسپر، علاقه به این تکنولوژی از بخش‌های مختلف جامعه علمی افزایش چشمگیری داشته است. از آنجایی که کریسپر توانایی تغییر ساختارهای DNA در ارگانیسم را به دانشمندان می‌دهد، طیف گسترده‌ای از کاربردهای آن حتی در انسان نیز قابل بکارگیری است.

دانشمندان می‌توانند گیاهانی را مهندسی کنند که بتوانند در شرایط سخت زندگی کنند، داروهایی توسعه دهند که بتوانند سرطان را بدون هیچ‌گونه عوارضی درمان کنند، میوه‌هایی تولید کنند که حجم و گوشت بیشتری داشته باشند و غیره.

محققان زیست‌شناس نه تنها به دلیل توانایی‌های شگفت‌انگیز کریسپر، بلکه به دلیل این واقعیت که کریسپر نسبت به سایر روش‌های ویرایش ژنوم بسیار مقرون به صرفه است، شروع به آزمایش کریسپر در مقیاس وسیع کرده‌اند.

نگرانی‌ها و خط قرمز اخلاقی

استفاده از کریسپر به عنوان یک ابزار که می‌تواند دی‌.ان‌.ای را ویرایش کند، نگرانی‌هایی را در مورد استفاده از آن برای اصلاح ژنتیک انسانی به وجود آورده است.

اخبار اخیر از چین که حاکی از به دنیا آوردن یک جفت نوزاد دوقلوی مهندسی ژنتیک شده به نام‌های "لولو" و "نانا" بود یکی از مواردی است که موجب نگرانی در مورد استفاده از کریسپر شده است. گزارش‌ها حاکی از این است که از کریسپر برای ایمن کردن این دوقلوها در برابر ویروس اچ‌.آی‌.وی استفاده شده است.

با این حال، آخرین تحقیقات نشان داد که یک ژن موسوم به CCR5 نیز از بدن آنها حذف شده است که از لحاظ نظری می‌تواند آنها را در مدرسه موفق‌تر کند، چرا که حذف CCR5 به معنای بهبود حافظه است.

در حال حاضر، اصلاح ژنتیک انسان در سراسر جهان محکوم است و در حال حاضر این تیم چینی به رهبری "جیانکوی هه" از دانشگاه علوم و فناوری جنوبی شنژن تحت بازجویی هستند.

"آلکینو جی.سیلوا" عصب‌شناس مشهور از دانشگاه کالیفرنیا در این مورد نظر داد: پاسخ مثبت است، این کار بر مغز این نوزادان تأثیر می‌گذارد. ساده‌ترین تفسیر این است که این جهش‌ها احتمالاً بر عملکرد شناختی دوقلوها اثر می‌گذارد، اما پیش‌بینی تأثیر دقیق کریسپر بر عملکرد شناختی آنها غیرممکن است و به همین دلیل این کار فعلاً نباید روی هیچ انسانی انجام شود.

نوزادانی که اصلاح ژنتیکی شده‌اند "نوزادان طراح" نام گرفته‌اند و از نظر جامعه جهانی مورد یک عمل غیراخلاقی قرار گرفته‌اند. بنابراین هنوز ابری از ابهام و عدم اطمینان بر فراز کریسپر معلق است و مطمئناً تصویب انجام کریسپر نیازمند وضع مقرراتی است که عدم اطمینان در مورد استفاده از این تکنولوژی را برطرف کند.

نتیجه

بدون شک کریسپر یک فناوری است که ما هنوز به شناخت کاملی از آن نرسیده‌ایم و نیاز به زمان بیشتری برای توسعه و تحقیق در مورد آن داریم.

در عین حال، این یک فناوری است که می‌تواند ما را در جهت درست قرار دهد و به ما کمک می‌کند تا مواد پیشرفته و موجودات زنده‌ای را که می‌توانند زندگی ما را غنی‌سازی کنند، توسعه دهند.

باید ببینیم که کریسپر در آینده برای نوع بشر چه چیزی به ارمغان خواهد آورد.