في أقل من خمس سنوات ، أحدثت تكنولوجيا تحرير الجينات المعروفة باسم Crispr ثورة في علم الأحياء الحديث. منذ عام 2012 ، عندما تم تسجيل قدرتها على العثور على المواد الجينية وإزالتها واستبدالها لأول مرة ، نشر العلماء أكثر من 5000 عمل يذكر Crispr. يتقنها الباحثون في مجال الطب الحيوي من أجل محاكاة الأمراض المختلفة بشكل أفضل. وبدأت عدد لا يحصى من الشركات في بذل جهود تجارية بالأدوية الجديدة والعلاجات والمواد الغذائية والمواد الكيميائية والمواد القائمة على هذه التكنولوجيا.
عادة ، عندما نشير إلى Crispr ، فإننا نعني Crispr / Cas9 - مركب الريبوبروتين يتكون من سلسلة قصيرة من RNA وإنزيم يقطع الحمض النووي. لقد فعل لعلم الأحياء والطب ما فعله نموذج T للإنتاج والنقل - في عملية دمقرطة الوصول إلى التكنولوجيا الثورية وانتهاك الوضع الراهن (نحن نتحدث عن سيارة من هنري فورد ، والمعروفة أيضًا باسم Tin Lizzy - أول في العالم ، سيارة تم إنتاجها في مليون سلسلة من 1908 إلى 1927. وأصبحت رمزًا لكيفية "وضع أمريكا أمريكا على عجلات" ، مما يجعل سيارة ركاب بأسعار معقولة نسبيًا لأمريكي من الطبقة المتوسطة - حوالي MK تقريبًا).
يتم استخدام Crispr بالفعل لتحسين حالة مرضى السرطان ، وفي العام المقبل قد يتم قبوله في التجارب السريرية لعلاج الأمراض الوراثية مثل فقر الدم المنجلي وثلاسيمية بيتا.
ولكن ، مثل Model T ، يعتبر Crispr Classic محرجًا إلى حد ما وغير موثوق به وخطيرًا بعض الشيء. لا يمكن أن يرتبط ببساطة بأي مكان في الجينوم. في بعض الأحيان يصحح في المكان الخطأ. وليس لديه مفتاح. إذا كان الموديل T عرضة لارتفاع درجة الحرارة ، فإن Crispr Classic عرضة للإفراط في تناول الطعام.
حتى مع هذه القيود ، ستظل Crispr Classic العمود الفقري للعلوم في عام 2018 وما بعده. ولكن هذا العام ، بدأ إطلاق أدوات تحرير جديدة وأكثر سطوعًا للجينات على خط الإنتاج ، ووعدًا بالتفوق على شقيقهم من الجيل الأول. لذلك إذا كنت قد بدأت للتو في التفكير في Crispr - اربط حزام الأمان ، لأن التعديل الجيني 2.0 موجود بالفعل هنا.
عمل القطع المستهدف من Crispr هو السمة المميزة له. ولكن عندما يقطع Cas9 شريطين من الحمض النووي في الجسم ، يتم إدخال عنصر الخطر - عندما يتم استعادة مثل هذه الإصابة المفاجئة للجينوم ، قد تبدأ الخلايا في ارتكاب الأخطاء. هذا هو السبب في أن العلماء يطورون طرقًا لتحقيق نفس النتائج بطريقة أكثر أمانًا.
أحد الأساليب هو إنشاء طفرة في إنزيم Cas9 - بحيث لا يزال بإمكانه الارتباط بالحمض النووي ، ولكن حتى لا يعمل مقصه. ثم يمكن دمج البروتينات الأخرى التي تنشط التعبير الجيني مع Cas9 هذا ، مما يسمح لها بتشغيل الجينات وإيقافها (أحيانًا باستخدام إشارات ضوئية أو كيميائية) دون تغيير تسلسل الحمض النووي. يمكن استخدام هذا "التحرير اللاجيني" لحل المواقف الناشئة عن مجموعة من العوامل الوراثية ، على عكس الانتهاكات الفردية البسيطة الأكثر ملاءمة لـ Crispr Classic (في وقت سابق من هذا الشهر ، استخدم الباحثون من معهد سالك أحد هذه الأنظمة لعلاج العديد من الأمراض في الفئران ، بما في ذلك مرض السكري والفشل الكلوي الحاد والضمور العضلي).
يعمل علماء آخرون ، في جامعة هارفارد ومعهد برودسكي ، على إعداد Crispr أكثر جرأة: تحرير أزواج القواعد الفردية ، واحدًا تلو الآخر. للقيام بذلك ، كان عليهم تطوير إنزيم جديد تمامًا - غير مأخوذ من الإنزيمات الطبيعية - يمكنه تحويل مركب النوكليوتيدات AT المقترن كيميائيًا إلى GC. هذا تغيير صغير مع عواقب وخيمة محتملة. يقدر ديفيد ليو ، وهو كيميائي في جامعة هارفارد قام مختبره بهذا العمل ، أنه يمكن تصحيح ما يقرب من نصف 32000 طفرة نقطة ممرضة معروفة في البشر من خلال هذا التحول الفردي.
يقول ليو: "لا أريد أن يتوصل الجمهور إلى فكرة خاطئة مفادها أنه يمكننا استبدال أي جزء من الحمض النووي بأي جزء آخر من الحمض النووي في أي شخص أو أي حيوان ، أو حتى أي خلية في كوب". ولكن العثور على مكان وجودنا الآن يتحمل مسؤولية كبيرة. السؤال الكبير هو ، ما مدى فعالية هذا النهج مع مرور الوقت؟ وما مدى سرعة ترجمة هذه التطورات التكنولوجية لصالح المجتمع؟ "
تطورت Crispr في البكتيريا كآلية دفاع بدائية. كانت مهمته هي العثور على الحمض النووي الفيروسي للعدو وقطعه حتى يبقى. إنه مسرع بدون فرامل ، وهذا يمكن أن يجعله خطيرًا ، خاصةً للتطبيقات السريرية. كلما بقي Crispr أطول في الخلية ، زادت فرصة العثور على شيء مشابه للجين المستهدف وإجراء شق.
ولتقليل هذه التأثيرات "غير اللائقة" ، طور العلماء عددًا من الأدوات الجديدة للتحكم المشدد في نشاط Crispr.
حتى الآن ، حدد الباحثون 21 عائلة فريدة من بروتينات Crispr الطبيعية - وهي جزيئات صغيرة تعطل المحرر الجيني. لكنهم يعرفون كيف يعمل بعضهم فقط: البعض يرتبط مباشرة بـ Cas9 ، ولا يسمح له بالتعلق بالحمض النووي. البعض الآخر يشمل الإنزيمات التي تحل محل Cas9 للفضاء على الجينوم. يعمل الباحثون في جامعة كاليفورنيا في بيركلي ، وجامعة كاليفورنيا في كاليفورنيا ، وهارفارد ، وبرود ، وجامعة تورنتو بجد حاليًا على كيفية تحويل هذه "المفاتيح" الطبيعية إلى مفاتيح يمكن برمجتها.
بالإضافة إلى التطبيقات الطبية ، سيكون هذا أمرًا بالغ الأهمية لمواصلة تطوير محركات الجينات - تقنية تحرير الجينات التي يمكن أن تنشر التعديل المطلوب بسرعة في المجتمع.
ستصبح القدرة على دفع التطور بطريقة أو بأخرى أداة قوية للتعامل مع العديد من المشاكل - من المرض إلى تغير المناخ. يعتبر أداة لتدمير البعوض الملاريا وإبادة الأنواع الضارة الأخرى. ولكن بعد الإفراج عنها ، يمكن أن تخرج عن نطاق السيطرة وربما تؤدي إلى عواقب وخيمة. هذا العام وحده ، استثمرت داربا 65 مليون دولار للبحث عن محركات جينية أكثر أمانًا ، بما في ذلك "كسارات" لمكافحة هش.
على الرغم من سنوات عديدة من النجاح ، لا يزال العلماء لا يفهمون الكثير حول كيف يمكن أن تسبب أخطاء الحمض النووي بالضبط مرض الشخص. إنهم يعرفون الجينات المشاركة في "إرشادات العمل" الخلوية ، ولكن من الصعب فهم مكان تسليم هذه الأوامر وكيفية ترجمتها (بما في ذلك بشكل غير صحيح) في العملية. هذا هو السبب في أن مجموعات في جامعة هارفارد ومعهد برود ، بقيادة زميله كريسبر فنغ زانج ، تعمل مع فئة جديدة من إنزيمات كاس التي تستهدف الحمض النووي الريبي بدلاً من الحمض النووي.
لأنها تعليمات تستخدمها آليات الخلايا لإنتاج البروتينات ، فإنها تحمل المزيد من المعلومات حول الأساس الجيني لأمراض معينة. وبما أن الحمض النووي الريبي يأتي ويذهب ، فإن إجراء تغييرات عليه سيكون مفيدًا لعلاج المشاكل قصيرة المدى مثل الالتهابات الحادة أو الجروح. النظام ، الذي يسمونه إصلاح (والذي يعني "تعديل RNA للاستبدال القابل للبرمجة من A إلى I" - "تحرير RNA للاستبدال القابل للبرمجة لـ A بـ I") ، يعمل حتى الآن فقط لتحويل نوكليوتيد واحد. الخطوة التالية هي معرفة كيفية إنشاء المجموعات الممكنة الـ 11 المتبقية.
يجد العلماء باستمرار إنزيمات Cas جديدة. تعمل الفرق في معهد Brodsky Institute أيضًا على وصف cpf1 ، وهي نسخة من Cas تترك نهايات لزجة بدلاً من نهايات إزالة الفوسفور عند قطع DNA. في فبراير ، اكتشف فريق من جامعة كاليفورنيا في بيركلي CasY و CasX ، أكثر أنظمة Crispr المدمجة. ويتوقع الباحثون أن يأتي المزيد في الأشهر والسنوات القادمة.
الوقت فقط سيحدد ما إذا كان Crispr-Cas9 هو الأفضل منهم ، أو ببساطة أول من يأسر عقول جيل واحد من العلماء. تقول Megan Hochstrasser ، التي قدمت مرشحة للحصول على درجة الدكتوراه في مختبر Crispr الافتتاحي ، Jennifer Dudna ، وتعمل الآن في معهد Genomics Innovation Institute: "لا نعرف ما هو الأفضل للعمل في التطبيقات المختلفة". "لذا في الوقت الحالي ، أعتقد أن الجميع بحاجة إلى الرهان على جميع هذه الأدوات في نفس الوقت."
سوف يستغرق الأمر سنوات عديدة من العمل حتى ينتقل الجيل الحالي من محرري الجينات من المختبر إلى المرضى الحقيقيين وخطوط الخضروات والآفات التي تحمل الأمراض.
إذا كان التعديل الجيني 3.0 لا يجعلها متقادمة أولاً.