کشف سیستم جدید ویرایش ژن برای مقابله با بیماری های پیچیده

به گزارش واحد ژنتیک پایگاه اطلاع رسانی علوم آزمایشگاهی ایران، ژنوم انسان از حدود 3 میلیارد جفت باز تشکیل شده است و انسان ها 99.6 درصد از نظر ساختار ژنتیکی یکسان هستند. این 0.4 درصد کوچک هر تفاوتی بین یک فرد و فرد دیگر را به حساب می آورد. ترکیبات خاصی از جهش ها در این جفت های پایه، سرنخ های مهمی در مورد علل مشکلات پیچیده سلامتی، از جمله بیماری های قلبی و بیماری های تخریب کننده عصبی مانند اسکیزوفرنی دارند. روش های کنونی برای مدل سازی یا تصحیح جهش ها در سلول های زنده ناکارآمد هستند، به ویژه هنگام مالتی پلکس کردن ژنوم. محققان دانشگاه کالیفرنیا سن دیگو ابزارهای جدید و کارآمد ویرایش ژنوم به نام ویرایشگرهای پایه متعامد چندگانه (MOBEs) را برای نصب جهش های چند نقطه ای به طور همزمان توسعه داده اند. تیم کومور به ویژه به مقایسه ژنوم هایی که در تغییر یک حرف در DNA متفاوت هستند، علاقه مند بودند. این حروف شامل C (سیتوزین)، T (تیمین)، G (گوانین)، A (آدنوزین) به عنوان باز شناخته می شوند. در جایی که یک فرد دارای پایه C است، فرد دیگری ممکن است پایه T داشته باشد. اینها انواع تک نوکلئوتیدی (SNVs) یا جهش های تک نقطه ای هستند. یک فرد ممکن است 4 تا 5 میلیون نوع داشته باشد. برخی از انواع بی ضرر هستند. برخی مضر هستند؛ و اغلب ترکیبی از انواع است که باعث بیماری می شود.

یکی از مشکلات استفاده از ژنوم در مدل سازی بیماری، تعداد زیاد تغییرات احتمالی است. اگر دانشمندان تلاش می کردند تعیین کنند کدام جهش های ژنتیکی مسئول بیماری قلبی هستند، می توانستند ژنوم گروهی را که همگی مبتلا به بیماری قلبی هستند رمزگشایی کنند، اما تعداد تغییرات بین هر دو نفر، تعیین ترکیبی از تغییرات باعث ایجاد این بیماری می شود. در تفسیر انواع ژنتیکی مشکلی وجود دارد. در واقع، اکثر انواعی که شناسایی می شوند از نظر بالینی طبقه بندی نشده اند، بنابراین محققان نمی دانند که آیا آنها بیماری زا هستند یا خوش خیم. هدف محققان این است که ابزاری بسازند که بتوان از آن در مدل سازی بیماری با نصب انواع مختلف در یک محیط آزمایشگاهی کنترل شده استفاده کرد تا بتوان آنها را بیشتر مطالعه کرد.

تحولی در ویرایش ژن

برای درک اینکه چرا MOBE ها ایجاد شده اند، باید محدودیت های ابزار سنتی ویرایش ژن CRISPR-Cas9 را درک کرد. CRISPR-Cas9 از یک RNA راهنما استفاده می کند که مانند یک سیگنال GPS عمل می کند که مستقیماً به مکان ژنومی مورد نظر شما می رود. Cas9 آنزیم اتصال به DNA است که هر دو رشته DNA را قطع می کند و باعث شکستگی کامل می شود. اگر چه نسبتاً ساده است، اما شکستگی های دو رشته ای می تواند برای سلول ها سمی باشد. این نوع ویرایش ژنی همچنین می تواند منجر به درج ها و حذف های تصادفی شود که در آن سلول قادر به ترمیم کامل خود نیست. ویرایش چندین ژن در CRISPR-Cas9 خطرات را چند برابر می کند. به جای CRISPR، آزمایشگاه کومور از یک تکنیک ویرایش پایه استفاده می کند که منجر به تغییر شیمیایی در DNA می شود، اگرچه تنها یک نوع ویرایش (مثلاً از C به T یا A به G) در یک زمان قابل انجام است. بنابراین، به جای قیچی که کل بخش را به یکباره برش می دهد، ویرایش پایه هر بار یک حرف را پاک کرده و جایگزین می کند. کندتر است، اما کارآمدتر است و برای سلول ها آسیب کمتری دارد.

استفاده همزمان از دو یا چند ویرایشگر پایه (تغییر یک C به T در یک مکان، و یک A به G در مکان دیگری در ژنوم)، امکان مدل سازی بهتر بیماری های چند ژنی را فراهم می کند. بیماری هایی که به دلیل بیش از یک نوع ژنتیکی رخ می دهند. با این حال، فناوری ای وجود نداشت که بتواند این کار را به طور موثر و بدون crosstalk راهنمای RNA انجام دهد، که زمانی اتفاق می افتد که ویرایشگرهای پایه تغییرات ناخواسته ایجاد می کنند. این سیستم جدید است و اولین بار است که شخصی از آپتامرها برای استخدام ABE ها (ویرایشگرهای پایه آدنوزین) در ترکیب با CBE ها (ویرایشگرهای پایه سیتوزین) در یک الگوی متعامد برای ساخت MOBE استفاده کرد. امید محققان این است که سایر محققان از MOBE ها برای مدل سازی بیماری های ژنتیکی استفاده کنند، نحوه بروز آنها را بیاموزند و سپس امیدوارند که درمان های موثر ایجاد کنند.