بحث

هل تبحث عن ترياق لكريسبر: هل من الممكن عكس التغييرات في الجينات؟

عندما العلماء وراء مشروع مانهاتن ،تعلم عن تدمير هيروشيما وناجازاكي ، تم استبدال الحماس المتحمس بأسف قاتم. ما بدأ ثورة في مجال الفيزياء ، تحولت إلى أسلحة الدمار الشامل - والتي كان من المستحيل الدفاع عنها. من الناحية البيولوجية ، كريسبر لديه القوة التدميرية من نفس الحجم. والعلماء لا يرغبون في تكرار التاريخ مرة أخرى.

كريسبر: الأسلحة النووية في عالم الأحياء

بعد خمس سنوات فقط من افتتاح كريسبرأطلقت وكالة أبحاث الدفاع المتقدمة DARPA برنامج الجينات الآمن: تعاون من سبعة خبراء عالميين بارزين في مجال تحرير الجينات ، يهدف إلى إيجاد مجموعة متنوعة من الترياق لكريسبر وتحسين إمكانيات تحرير الجينات في المكان والزمان.

وهذه النقطة ليست لإطعام الجمهورالخوف من أداة قوية ؛ بدلاً من ذلك ، فأنت بحاجة إلى رؤية المخاطر المحتملة مقدمًا والبحث عن تدابير وقائية أو تدابير مضادة. إذا كان كريسبر هو الصندوق البيولوجي لباندورا ، فهو مفتوح بالفعل: لقد بدأت اختبارات كريسبر في البشر في العيادات ؛ في المختبر ، تتحول التكنولوجيا إلى محركات جينية يمكنها تدمير أنواع كاملة. الهدف من الجينات الآمنة هو إيجاد طريقة أو طرق عديدة لإغلاق الصندوق مرة أخرى.

في الأسبوع الماضي ، بدأ البحث عن ترياق كريسبرأكثر نشاطا. قام فريق بقيادة الدكتور أميت شودري من معهد Wroth بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، وهو عضو في Safe Genes ، بتطوير منصة للفرز لفحص أكثر من 10000 مادة كيميائية صغيرة تقلل نشاط مقص Cas9.

صقل الفريق هيكل عدةالمرشحين الواعدين لزيادة تعزيز قدرتهم على مواجهة كريسبر ، وخلق جزيئين الترياق التي تمنع Cas9 من الارتباط بهدف الحمض النووي وقطع عليه. خلال الاختبارات على الخلايا البشرية في أطباق بتري ، مرت الجزيئات عبر أغشية الخلايا ودمرت بشكل موثوق نشاط كريسبر لعدة دقائق.

هذه الأدوية هي أول المرشحين - وهمقد يكون أكثر سمية من كريسبر ، المضطهدة داخل الجسم. سيتعين على العلماء اختبارها على الحيوانات لتقييم فعاليتها وسلامتها.

لكن الأدوية الصغيرة التي تتصدىكريسبر ، حتى الأولى ، تثبت أن كريسبر التيتانيوم يمكن وقفها. من خلال منصة الفرز ، هناك فرصة للعثور على أزرار "تراجع" أكثر قوة: المواد الكيميائية التي يمكن أن تتحول يومًا ما إلى طلقات أو حبوب منع أنشطة تحرير الجينات غير المرغوب فيها ، في المجال الطبي أو حتى في الأسلحة البيولوجية.

يقول تشودري: "هذه النتائج تضع الأساس للتحكم الكيميائي الدقيق لنشاط كريسبر / كاس 9 ، مما يمهد الطريق للاستخدام الآمن لهذه التقنيات".

ما هو متاح بالفعل في الوقت الراهن؟

Choudhury ليس الوحيد من فريق Safe Genes الذي يبحث عن جزيئات مضادة لـ CRISPR.

في عام 2013 ، عضو آخر في المشروع ، الدكتور جوزيفساعد Bondi-Denomi من جامعة كاليفورنيا في سان فرانسيسكو في العثور على أول الأدوية المضادة لـ CRISPR: البروتينات الكبيرة الخرقاء التي تمنع مقص Cas9 ، ولا تسمح لهم بمعرفة جزيئات الحمض النووي أو الاتصال بهم. كانت فكرته الرائعة هي العودة إلى جذور كريسبر الطبيعية كنظام للدفاع المناعي البكتيري ضد الفيروسات.

في جوهرها ، يسمح كريسبر لتخزين البكتيريا"بطاقة صور المجرم" - الحمض النووي الفيروسي - في جينومها الخاص ، بحيث عندما يهاجم الفيروس مرة أخرى ، يمكن مقص كاس تمزيق الفيروس إلى أجزاء. لكن فجوات أيضا لا تفوت. في السباق التطوري ، طوروا أيضًا جينات تنتج بروتينات مضادة للكريسبر لمواجهة دفاع المناعة عن البكتيريا.

أنتقل إلى بيولوجيا phage anti-CRISPR في عام 2012في العام ، عثر Bondi-Denomi على العديد من البروتينات الجديدة التي تمنع نشاط Cas12a على نطاق واسع - وهو بديل لـ Cas9 ، الذي يكتسب شعبية كأداة تشخيص. استخدمت جينيفر دودنا ، التي تعمل بشكل منفصل من جامعة كاليفورنيا في بيركلي ، أحد أوائل مكتشفي كريسبر وعضوا في المشروع ، المعلوماتية الحيوية لتعقب حفنة من قتلة Cas12a التي تعيق نشاط تحرير الجينات في الخلايا البشرية.

في ذلك الوقت ، قال دودنا أن هذه النتائج "تمهد الطريق لاكتشاف المزيد من مضادات كريسبر من العالم الميكروبي."

أضواء صغيرة

ومع ذلك ، فإن البروتينات المضادة لكريسبر ليست مفاتيح مفيدة بشكل خاص في العالم الحقيقي.

مع البروتينات الصعبة: إنها كبيرة وخرقاء ، لذلك لا يمكنها اختراق الخلايا والدخول في آليات كريسبر. فهي حساسة للتغيرات في درجة الحرارة والهضم ولا تعيش طويلاً داخل الجسم. كثير منهم يصبحون فريسة جذابة لنظام المناعة لدينا ، والذي يمكن أن يؤدي إلى ردود فعل تحسسية مزعجة - إن لم تكن خطيرة.

الجزيئات الصغيرة ، كقاعدة عامة ، لا تعاني من مثل هذه المشاكل.لديهم. فهي سريعة ورخيصة وآثارها قابلة للعكس. هل تريد التدخل في كريسبر؟ فقط انتظر حتى تغسل الجزيئات. ولكن فعالة من الصعب جدا العثور عليها.

هذا هو المكان الذي ستساعد فيه منصة عرض تشودري.

نظام عالي الأداء ينقل العشراتالآلاف من المواد الكيميائية ، باستخدام اختبارين ، تبدو واعدة. أولاً ، تراقب شرائح الحمض النووي ، مرتبطة بمقص Cas9 بأضواء النيون. يُشار إلى الحمض النووي بـ "المصابيح الضوئية" الفلورية التي تغير الاستقطاب عند ربطه بـ Cas9 ، تماماً كما تتغير النظارات المستقطبة في ضوء الشمس. هذا يسمح للفريق بتتبع ما إذا كان الجزيء يكسر ارتباط Cas9 بالحمض النووي أم لا.

ثانيا ، يستخدم النظام التلقائيالمجاهر التي تبحث عن إشارات الفلورسنت في الخلايا ، المكتسبة أو المفقودة خلال نشاط Cas9. في إحدى الأوراق ، استخدم العلماء الخلايا التي تتوهج عادةً باللون الأخضر حتى يقطع Cas9 الجين. سيسمح عقار مضاد لـ CRISPR للخلايا بالبقاء خضراء حتى في وجود جرعة من CRISPR.

في هذه العملية ، حدد العلماء الجزيءBRD0539 ، الذي لا يسمح لـ Cas9 بالربط مع تسلسل الحمض النووي المستهدف. كانت إجراءات الدواء قابلة للتنبؤ بها تمامًا: فكلما ارتفعت الجرعة ، زاد نشاط كريسبر بقوة.

هذه النتائج تساعد بالفعل في تقليل الآثار الجانبية.الآثار العلاجية لكريسبر. في الخلايا ، سرعان ما قللت جرعة هذا الدواء من قدرة قطع Cas9 إلى النصف ، الأمر الذي قلل بدوره من الاستئصال غير المقصود لـ HBB - الجين المتورط في فقر الدم المنجلي - خمس مرات.

ليس من الصعب تخيل مستقبل لك فيهيمكنك شرب حبوب منع الحمل من BRD0539 - أو ما يعادلها من الجيل التالي الأقوى - لتقليل أو إيقاف عمل CRISPR مؤقتًا قبل بثه في جسمك. نظرًا لكونه جزيءًا صغيرًا ، يظل الدواء مستقرًا في دمك ويسهل اختراق خلاياك ، ويعمل ككابح عندما يكون كريسبر قويًا جدًا.

هل تعتقد أن كريسبر ستصبح قنبلة نووية في عالم الأحياء؟ شارك معنا في الدردشة الخاصة بنا في Telegram.