بحث

أصبح كريسبر أكثر قوة ، وذلك بفضل "التبديل"

مع كل قدراتها المدهشةتحرير الجينات ، يشبه كريسبر ميكانيكيًا أداة الطاقة مع مفتاح مكسور. فكر فقط: آلية CRISPR بأكملها مبنية في أنبوب اختبار ، وبعد الانتهاء ، تكون دائمًا نشطة ، قيد التشغيل ، وتعمل. بعد التعرف على الحيوانات أو الأشخاص ، يبدأ كريسبر بالتجول في جميع أنحاء الجسم بحثًا عن الجين المستهدف ، الذي يجب تحريره أو إتلافه ، حتى يفقد قوته ويمتصه الجسم.

إضعاف التحكم الجزيئيمن الواضح أن أداة القوة ليست هي الحل الأمثل: يمكنها أن تطغى عليها وتكسر الجينات غير المستهدفة. وإذا حدث خطأ ما ، فلا توجد طريقة فورية لإيقاف تشغيل الآلية قبل أن تتسبب في حدوث ضرر.

في بداية هذا الشهر فريق من ولاية كاليفورنياحاولت جامعة بيركلي ترويض الوحش كريسبر. باستخدام تقنية التقليب الدائري ، قام الفريق بإعادة تنظيم كريسبر في أداة قابلة للبرمجة ProCas9 ، والتي يتم إخفاؤها بهدوء في الخلايا حتى تستيقظ العوامل الخارجية - على سبيل المثال ، العدوى الفيروسية.

يقول مؤلف الدراسة الدكتور ديفيد سافاج إن "المستوى الإضافي من الأمان" يقصر مهارات تحرير كريسبر على مجموعة فرعية من الخلايا "للقطع الدقيق".

وعلاوة على ذلك ، يمكن ProCas9 يحتملالرد على المدخلات المنطقية ، مثل "و" أو "لا" ، مما يعني أنه سيتم تفعيلها فقط إذا كنت تتبع مجموعة محددة من التعليمات - على سبيل المثال ، "هذه الخلية سرطانية" أو "هذه الخلية مصابة" سيؤدي إلى إجابة "تبرع خلية" الذي ينشط كريسبر ويأمره بقطع الجينات اللازمة للبقاء. تم نشر الدراسة في مجلة Cell المرموقة.

السيطرة على كريسبر

دعونا تحديثه قليلا: كريسبر ، كأداة لتحرير الجينات ، هو في الواقع ديو جزيئي. الجزء الأول ، توجيه الحمض النووي الريبي ، هو كلاب دامية صغيرة تبحث عن جين مستهدف.

بمجرد التقاط الجين ، المكون الثاني - Cas9- تفعيلها للقطع. على عكس توجيه الحمض النووي الريبي ، الذي يتكون من حروف وراثية ، فإن Cas9 هو بروتين. مع هذا المكون قرر علماء من بيركلي اللعب.

يقول سافاج: "الغرض العام من عملنا هو ترويض الناس واستخدامهم وإزالة الأشياء غير الضرورية التي لا تتعلق بتحرير الجينوم".

ما الذي يمكن عمله مع البروتين؟ تخيل سلسلة طويلة جدًا من الكرات المرقمة (الأحماض الأمينية) التي تنهار في بنية معقدة ثلاثية الأبعاد. قم بقص السلسلة وتمكّن من إعادة تنظيم الخرزات بحيث يختلف موضعها على الخيط عن الأصل ، ثم ضعها في عقدة أو اثنتين عند إعادة توصيل خيط البروتين.

هذا هو ، في جوهره ، وفعل الفريق. تسمى هذه الخدعة "التقليب الدائري" وتحول البروتين الأصلي بحيث يكون له بداية ونهاية جديدة - ويتطور إلى شكل مختلف. هذه عملية جزيئية ضخمة تقضي عادةً على وظيفة البروتين.

يقول المؤلفون أنهم لم يكونوا متأكدين من أنها ستعمل مع شيء معقد مثل Cas9.

المثير للدهشة ، كان Cas9 اختبار تقريبا. حاول الفريق تقطيعه إلى نقاط متعددة قبل أن يجد جروحًا احتفظت بوظيفة البروتين ، ولكن في 10٪ من الحالات ، عمل Cas9 المعاد تجميعه بنفس الطريقة الأصلية.

هناك نقطة ذكية واحدة هنا: عند إعادة توصيل الخيوط البروتينية ، انزلق الفريق إلى "البوابة" الجزيئية - رابط صغير - مما أعاق قدرة القطع لـ Cas9 إذا لم يتم كسر الرابط نفسه.

ما حطم السلاسل؟ مجموعة من الانزيمات تسمى البروتياز.

رابط البروتياز الحساسة

تخيل البروتياز كما مقص صغير لالسناجب التي تسبح في الجسم. جميع أفراد الأسرة: الصالحون يساعدوننا على هضم شرائح اللحم والفاصوليا. ولكن هناك سيئة. على سبيل المثال ، تقوم الخلايا السرطانية بضخ البروتياز "الشرير" الخاص بها ، الذي يؤدي إلى تمزيق الأنسجة المحيطة ، مما يعزز نموها. يمكن أن تفرز الفيروسات أيضًا البروتياز الفيروسي ، وهو أمر ضروري غالبًا لاختراقه في خلايا وأنسجة متعددة. زيكا وحمى الضنك من بين أولئك الذين يستخدمون البروتياز كأسلحتهم ، والبروتياز من الفيروسات التي تصيب النباتات تساعد في تدنيس البطاطا وغيرها من المحاصيل.

لكن البروتياز لا تقطع في الإرادة. بدلاً من ذلك ، تم تصميم كل واحدة منها فقط لعدد صغير من تسلسل الأحماض الأمينية - "الرموز البريدية" ، والتي تتعرف عليها وتقطعها.

وهذا يعني أنه يمكن للفريق وضعرمز بريدي معين يقابل بروتياز معين - على سبيل المثال ، من الخلايا السرطانية - إلى بروتين Cas9 المعاد تنظيمه كرابط. وبالتالي ، سيتم قطع الرابط فقط في الخلايا التي تحتوي على هذا البروتياز المحدد ، وبالتالي سيتم تضمينه فقط في هذه الخلايا. اعتمادًا على دليل الحمض النووي الريبي (RNA) ، يمكن للفريق تصميم كريسبر نشط لتنشيط الجينات اللازمة للبقاء - وبالتالي قتل الخلايا السرطانية.

بهذا المعنى ، تتحول بروتينات Cas9 الجديدة ، المسماة ProCas9 ("pro" بسبب "البروتياز") ، إلى أجهزة تجسس صغيرة تصبح قاتلة بعد التنشيط.

القاتل الإيثار

لاختبار هذا المفهوم ، قدم العلماء الخلايا المصابة بـ Zika إلى ProCas9 الجديد ، المجهز بأدلة الحمض النووي الريبي (RNA) ، المدربين على العثور على الجينات التي تدعم حياة الخلية.

في غضون أسبوع واحد فقط ، قام نظام كريسبر الجديد بتدمير الخلايا المصابة باعتبارها "دفاعًا عن الإيثار". ظلت الخلايا السليمة حية وسليمة.

هذا أظهر أن النظام بقي هادئًا في وقت السلم ، وبالتالي الحد من الأضرار الجينية للمضيف ، كما يقول المؤلفون.

في بعض التجارب ، عملت ProCas9 بنفس القدر من التضحية بالخلايا المصابة بفيروس النيل الغربي.

"على الرغم من أن هذا تأكيد مبكر للمفهوم ،يقول مؤلف الدراسة بنيامين أوكس ، إنه يوضح فكرة أنه يمكن أن يكون جهازًا مناعيًا صناعيًا. "لقد أنشأنا بروتينًا يكتشف تهديدًا خفيًا يمكن برمجته لأي شيء."

من غير المرجح أن يتداخل نظام كريسبر الجديد معالجهاز المناعي. ميزة أخرى لإعادة ترتيب البروتين هي أن نهاياته الجديدة تحمل أحمالًا أفضل ، مثل الإنزيمات الأخرى المعدلة للحمض النووي أو المؤشرات المتوهجة في الظلام.

كما لو Cas9 حصلت على قوة عظمى جديدة ، والتييسمح لنا بتتبع مكان وجود البروتين في الخلية ، أو تغيير التعبير عن جينات معينة بدلاً من إفساد مادتنا الوراثية مباشرة.

قدم فريق بيركلي بالفعل عددًا قليلاًحالات الاستخدام. سيكون ProCas9 مفيدًا في الفحص الجزيئي أو اكتشاف الدواء. أو ، قد يقصر قطع الحمض النووي على خلايا معينة "بعد التسليم الكلي لمجمع التحرير على الأنسجة أو العضو المستهدف" ، مما سيزيد بشكل كبير من سلامة الملف الخاص بالأداة ، خاصة في الإعدادات السريرية.

ولكن الشيء الأكثر إثارة للاهتمام حول كل هذا هو أننا لا نفعل ذلكترتبط آلية كريسبر أن الطبيعة قد وهبت لنا. يقول سافاج إنه يمكن تحسين هذه البروتينات بعناية ووضعها في سقالات غير موجودة في الطبيعة ، ولكن لها الخصائص اللازمة لاستخدامها في الخلايا البشرية أو البحث أو العلاج.

وما الاستخدامات التي تراها للأداة الجديدة؟ أخبرنا عن ذلك في الدردشة الخاصة بنا. في برقية.