حذف و اصلاح یک جهش ژنتیکی

خلاصه:

محققان با استفاده از نوعی سیستم ویرایش و تصحیح ژنی جدید بر مبنای پروتئین‌های باکتریایی، نوعی اختلال کبدی نادر در موش‌ها، که بر اثر یک جهش ژنی ایجاد می‌شود، را درمان کردند. نخستین شواهد به دست آمده از یافته‌ها نشان می‌دهد این تکنیک ویرایش ژنی که به عنوان CRISPR معروف است، می‌تواند علایم بیماری را در حیوان زنده معکوس و اصلاح کند. طبق بررسی تیم پژوهشی، CRISPR راهی آسان برای برش DNA جهش یافته و جای گزینی آن با قطعه‌ی تصحیح شده ارائه می‌دهد، و بالقوه می‌تواند در درمان بسیاری اختلالات ژنتیکی مؤثر باشد.
نخستین شواهد به دست آمده از یافته‌ها نشان می‌دهد این تکنیک ویرایش ژنی که به عنوان CRISPR معروف است، می‌تواند علایم بیماری را در حیوان زنده معکوس و اصلاح کند. طبق بررسی تیم پژوهشی، CRISPR راهی آسان برای برش DNA جهش یافته و جای گزینی آن با قطعه‌ی تصحیح شده ارائه می‌دهد، و بالقوه می‌تواند در درمان بسیاری اختلالات ژنتیکی مؤثر باشد.
محققان MIT با استفاده از سیستم جدید ویرایش ژنی که بر پایه‌ی پروتئین‌های باکتریایی است، نوعی اختلال نادر کبدی در موش‌ها را که بر اثر یک جهش ژنی به وجود آمده است، درمان کرده‌اند.
یافته‌های تشریح شده درشماره‌ی 30 مارس نشریه‌ی بیو تکنولوژی نیچر، نخستین شواهد مبنی بر مؤثر بودن این تکنیک ویرایش ژنی معروف به CRISPR در تغییر و بهبود علائم بیماری در حیوانات زنده را ارائه می‌دهند. طبق یافته‌های گروه تحقیق، CRISPR که راهی آسان برای برش و استخراج DNA جهش یافته و جای گزینی آن با قطعه‌ی تصحیح شده ارائه می‌دهد، بالقوه در درمان بسیاری از اختلالات ژنتیکی کار برد دارد.
دانیل آندرسون، دانشیار ساموئل گلدبیس MIT در رشته‌ی مهندسی شیمی، عضو مؤسسه‌ی پژوهش تلفیقی در باره‌ی سرطان، و نویسنده‌ی ارشد این مقاله می‌گوید "مطلب جالب توجه در این روی کرد این است که ما در حقیقت می‌توانیم ژن معیوب در یک حیوان زنده‌ی بالغ را تصحیح کنیم".
سیستم جدید CRISPR ایجاد شده بر پایه‌ی اجزای سلولی است که باکتری‌ها برای دفاع از خود در برابر عفونت ویروسی استفاده می‌کنند. محققان این سیستم سلولی در باکتری را برای تولید مجموعه‌های ویرایش ژنی همانند سازی کردند که شامل آنزیم برش دهنده‌ی DNA است که کاسپاز 9 نامیده می‌شود و متصل است به رشته‌ی کوتاه پیش رو RNA که برای اتصال به قطعه‌ی ژنومی خاصی طراحی شده، و به کاسپاز 9 محل برش را اعلام می‌کند.
هم زمان، محققان، رشته‌ی الگوی DNA را نیز منتقل کردند. هنگامی که سلول آسیب وارد شده توسط کاسپاز 9 را ترمیم می‌کند، رشته‌ی الگو را همانند سازی می‌کند، و به این ترتیب ماده‌‌ی ژنتیکی جدیدی وارد ژنوم می‌شود. دانشمندان تصور می‌کنند زمانی خواهد رسید که این نوع ویرایش ژنومی می‌تواند به درمان بیماری‌هایی مانند همو فیلی، هانتینگتون، و سایر بیماری‌هایی که در اثر یک جهش ژنتیکی به وجود می‌آیند، کمک کند.
دانشمندان نوع دیگری از سیستم ویرایش ژنی را بر پایه‌ی آنزیم‌های برش دهنده‌ی DNA، که به نوکلئازها نیز معروف هستند، ایجاد کردند، اما این مجموعه‌ها ممکن است گران قیمت باشند و استفاده از آن‌ها دشوار باشد.
آندرسون عضو مؤسسه‌ی مهندسی پزشکی و دانش MITمی‌گوید "سیستم CRISPR برای شکل دادن، پیکر بندی و انطباق دادن بسیار آسان است". او اضافه می‌کند که در مورد سیستم‌های دیگر "می‌توان بالقوه مشابه سیستم CRISPR از آن‌ها استفاده کرد اما استفاده از آن‌ها برای ساختن نوکلئاز خاصی که هدف شما است بسیار دشوارتر است".

اصلاح بیماری‌ها

در این مطالعه، محققان 3 رشته‌ی RNA پیش رو را طراحی کردند که قطعه‌های مختلف DNA را در مکانی نزدیک به جهشی که باعث تریزومی نوع 1 در ژن کد کننده‌ی آنزیمی به نام FAH می‌شود، نشانه می‌گیرند. بیماران مبتلا به این بیماری، که 1 نفر در هر 100000 نفر را مبتلا می‌کند، نمی‌توانند آمینو اسید تیروزین را تجزیه کنند و در نتیجه، این امر سبب تجمع این آمینو اسید در بدن می‌شود و ممکن است منجر به نا رسایی کبد شود. راه‌هایی که در حال حاضر برای درمان این بیماری استفاده می‌شوند شامل رژیم غذایی کم پروتئین و نوعی دارو به نام NTCB است که فرآورده‌های تیروزین را از بین می‌برد.
در آزمایش‌های انجام شده بر روی موش‌های بالغ، آن‌ها حامل نوع جهش یافته‌ی آنزیم FAH بودند. در آنها محققان رشته‌های پیش رو RNA را همراه با ژن کد کننده‌ی کاسپاز 9 و الگوی 199 نوکلئوتیدی DNA، که شامل قطعه‌ی تصحیح شده‌ی ژن جهش یافته‌ی FAH است، منتقل کردند.
با استفاده از این روی کرد، ژن تصحیح شده به یک سلول از هر 250 هپاتوسیت – سلول‌هایی که بیشتر قسمت‌های کبد را تشکیل می‌دهند - وارد شد. بیش از 30 روز بعد، سلول‌های سالم شروع به تکثیر و جای گزینی با سلول‌های بیمار کبد کردند، و سر انجام جای گزین یک سوم هپاتوسیت‌ها شدند. این روند که برای درمان بیماری کافی و مناسب بود، به موش‌ها کمک کرد پس از قطع داروی NCBT زنده بمانند.
هائو یین محقق فوق دکترا در مؤسسه‌ی کوچ و یکی از نویسندگان اصلی مقاله‌‌ی بیو تکنولوژی نیچر می‌گوید "ما می‌توانیم درمان را در یک مرحله انجام دهیم و به طور کلی شرایط را تغییر دهیم، معکوس کنیم به صورتی که بیماری بهبود یابد".
برای انتقال اجزا و ترکیبات CRISPR، محققان از تکنیکی معروف به تزریق در فشار بالا استفاده کردند، که در این روش از سرنگی با قدرت بالا برای تخلیه‌ی سریع ماده به داخل ورید استفاده می‌کنند. این روی کرد ماده را با موفقیت به سلول‌های کبدی منتقل می‌کند، اما آندرسون تصور می‌کند که یافتن روی کردهایی برای انتقال بهتر نیز امکان پذیر است. آزمایشگاه او در حال حاضر بر روی روش‌های سالم‌تر، بی‌ خطرتر و مؤثرتر شامل ذره‌های نانوی نشانه گذاری شده کار می‌کنند.