تکنیک کریسپر (CRISPR) چیست و چه فایده‌ی برای درمان بیماری‌ها دارد؟

دنیای علوم پزشکی در تلاش است تا به نقطه‌ای برسد تا ژن، ریزترین جزء سازنده‌ی بدن انسان بتواند به راحتی ترمیم شود. به هر حال، هر اندازه مراقبت از سلول‌ها و بافت‌های بدن انجام شود، در نهایت سلول‌های بدن دچار نقص و ایراد می‌شوند. محققین حوزه‌ی ژنتیک و مهندسی بافت از یک نقطه به بعد، علاوه بر یافتن مسیرهای جدید توالی سیگنالی سلول‌ها برای درمان بیماری، به سراغ ویرایش ژنتیکی نیز روی آوردند. به‌واسطه‌ی این اتفاق، تکنیک کریسپر (CRISPR) ظهور پیدا کرد و در حال حاضر روز به روز در حال گسترش در اقصی نقاط جهان است.

کارکرد و مکانیسم عمل تکنیک کریسپر روی کاغذ آسان به ظاهر می‌رسد اما در عمل چالش‌ها و بحران‌های مهمی پیش رویش وجود دارد. بر اساس تکنیک ویرایش ژنی کریسپر، ابتدا بخشی از DNA معیوب در داخل یک سلول یافته شده و سپس بر اساس فعل و انفعالاتی بخش ژنتیکی مورد نظر ترمیم می‌یابد. تکنیک کریسپر همچنین می‌تواند برخی از ژنها را روشن کرده و برخی دیگر را خاموش کند. روشن شدن ژن به این معنی است که DNA وارد چرخه همانندسازی ، سپس رونویسی و در نهایت ترجمه می‌شود تا در نهایت یک محصول پروتئینی ایجاد شود. گاهی اوقات حضور یا عدم حضور پروتئین می‌تواند یک بیماری جدید را رقم زند. با روی کار آمدن کریسپر می‌توان جلوی پیدایش یک بیماری را در همان ابتدای کار گرفت.

از تکنیک کریسپر از سال ۲۰۱۲ میلادی به صورت علنی به منظور ویرایش اطلاعات ژنتیکی  به کار گرفته شد و با این حال، هنوز به آن صورت گسترش چشمگیری برای امور بالینی نداشته و همچنان تنها مورد پسند مطالعات آزمایشگاهی است.

فناوری کریسپر دقیقا به چه معناست؟

واژه‌ی نامانوس کریسپر از لحاظ لغوی اختصاریافته‌ی عبارت clustered regularly interspaced short palindromic repeats به معنای «تکرارهای کوتاه پالیندرومیک با فاصله منظم خوشه‌ای» است. اگر بخواهیم به زبان بسیار ساده کریسپر را تعریف کنیم، کریسپر به خانواده‌ای از توالی DNA در ژنوم موجودات پروکاریوت مثل باکتری و آرکی‌باکترها اطلاق می‌شود. این سکانس‌ها از تکه‌های DNA از باکتری‌خوارها مشتق می‌شوند که قبلا پروکاریوت را آلوده کرده بودند. توالی کریسپر به طور معمول برای شناسایی و تخریب DNA از باکتری‌خوارهای مشابه در هنگام آلودگی‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. از آنجایی که این توالی‌ها نقش مهمی در سیستم دفاعی ضد ویروسی در پروکاریوت‌ها ایفا می‌کنند، یک ایمنی اکتسابی نصیب این فرم از موجودات می‌شود. توالی کریسپر تقریبا در پنجاه درصد ژنوم باکتریایی وجود دارد. جالب است بدانید این درصد در آرکی‌باکترها به مراتب بیشتر گزارش شده است.

کریسپر کاسپاز ۹ چیست؟

کریسپر کاسپاز ۹ (CRISPR-associated protein 9) که به اختصار Cas9 هم در متون از آن یاد می‌شود، به آنزیمی گفته می‌شود که با بهره‌برداری از توالی کریسپر به عنوان یک راهنما تلاش می‌کند تا بخش مشخصی از رشته‌های DNA را شناسایی کرده و سپس تجزیه کند. اگر توالی کریسپر، به مکمل خود در رشته‌ی DNA وصل شود، رشته توسط آنزیم Cas9 به احتمال زیاد تجزیه خواهد شد. آنزیم‌های Cas9 و توالی‌های کریسپر با یکدیگر به اسم کریسپر-کاسپاز ۹ شناخته می‌شوند؛ تکنولوژی کاملا پیشرفته‌ای که می‌توان برای ویرایش ژن‌های درون ارگانیسم از آن بهره برد.

استفاده از فناوری کریسپر-کاسپاز ۹ به تدریج در حوزه‌های جدیدتری مورد بهره‌برداری قرار گرفت. به گونه‌ای که در حال حاضر از تکنیک کریسپر-کاسپاز ۹ در پژوهش‌های زیست‌شناسی، ساخت و تولید محصولات حوزه‌ی بیوتکنولوژی و درمان بیماری‌های متعدد استفاده می‌شود. جنیفر دودنا و امانوئل کارپنتیر، دو محقق و کاشف این فناوری در نهایت توانسته‌اند در سال ۲۰۲۰ میلادی موفق به کسب جایزه‌ی نوبل شیمی شوند.

تکنیک کریسپر تنها معطوف به انسان‌ها نیست و از این فناوری جهت اصلاح ژنتیک گیاهان و حیوانات هم استفاده می‌شود. در حقیقت جالب است بدانید که بسیاری از مردم در سطح جهانی غذاهایی را مصرف می‌کنند که تحت ویرایش کریسپر به ثمر رسیده‌اند.

فناوری کریسپر در حال حاضر علوم پزشکی را در حال دگرگون کردن است. این فناوری به محققین تنها به منظور درمان بیماری‌ها کمک نمی‌کند، بلکه می‌توان با یک اصلاح ژنتیکی هوشمندانه، حتی جلوی ابتلا به بسیاری از امراض را گرفت. علم پزشکی بیشتر به این سمت می‌رود تا بتوان ژنتیک کودکان را از همان بدو زندگی کنترل کرد. شنیده‌ها حاکی از آن است که کشور چین مشغول به انجام تحقیقات برای تولید نوزادان کریسپری است. خبری که در چند سال گذشته توانست موج زیادی از واکنش‌های منفی را به دنبال داشته باشد؛ چراکه پژوهش‌ها روی جنین حیوانات و صد البته انسان غیراخلاقی محسوب می‌شود. با این وجود هدف از انجام پژوهش در چین این بود تا بتوان با غیرفعال کردن ژنی به اسم CCR5 در سلول‌ها، بدن را در برابر بیماری خطرناکی به اسم ایدز مصون کرد. با این‌که غیرفعال کردن این ژن الزاما به معنای ایمنی کامل در برابر ایدز نیست، موفقیت‌آمیز بودن این رویکرد می‌توانسته گام بزرگی در پیشگیری از ایدز و همچنین بهره‌برداری از تکنیک کریسپر باشد. با تمامی این تفاسیر، محققین این پژوهش نتیجه‌ی منفی از این پروژه تا به امروز منتشر نکرده‌اند.

پروتئین‌های Cas؛ کلید فهم بهتر تکنیک کریسپر

در حقیقت اگر محققین بتوانند درباره‌ی پروتئین‌های Cas که در باکتری‌ها یافت می‌شود اطلاعات بیشتری به دست بیاورند، می‌توان کریسپر را بهتر فهمید. این پروتئین می‌تواند به آسانی برنامه‌ریزی شده و به یک توالی ژنومی مشخص اتصال یابد. این پروتئین تنها یک تکه از RNA به عنوان راهنما نیاز دارد تا بتواند فرایند جست‌وجو را انجام دهد.

زمانی که پروتئین Cas9 به یک سلول به همراه تکه‌ای از RNA اضافه می‌شود، این پروتئین به سمت DNA دو رشته‌ای روانه می‌شود تا حداقل به یک توالی حاوی ۲۰ زوج باز متصل شود. این توالی DNA در حقیقت مکمل با توالی RNA راهنما است. این‌که بعد از اتصال چه اتفاقی می‌افتد تا حدودی متنوع گزارش می‌شود. پروتئین Cas9 بخشی از DNA مورد نظر را برش می‌دهد. زمانی که منطقه‌ی برش ترمیم می‌شود، جهش‌هایی معرفی می‌شود که اغلب به غیرفعال شدن یک ژن ختم می‌شود. پس از رسیدن به این مرحله می‌توان ادعا کرد که یک ویرایش ژنتیکی توسط فناوری کریسپر رخ داده است.

از کریسپر می‌توان برای اعمال تغییرات دقیق‌تر هم بهره برد تا برای مثال یک بخش از ژن معیوب با یک بخش سالم تعویض شود. با این حال این فرایند، هم چالش‌های بیشتری دارد و هم پروسه‌ی دشوارتری است. پژوهشگران توانسته‌اند پروتئین‌های Cas خاصی را بسازند که پس از تزریق به سلول، به قصد برش زدن DNA وارد عمل نشود، بلکه تنها یک سری ژن را روشن یا خاموش کند. به کریسپرهای روشن‌کننده‌ی ژنتیکی CRISPRa و به کریسپرهای خاموش‌کننده CRISPRi گفته می‌شود. محققین از این دسته از کریسپرها در مطالعات بیشتر بهره می‌برند و شاید روزی برسد تا بتوان ایمنی‌زایی کاملی در برابر بیماری‌های خطرناک به‌واسطه‌ی تکنیک کریسپر به دست آوریم. تکنیک کریسپر در آینده‌ی نزدیک می‌تواند نقش بسیار گسترده‌تری در برنامه‌های واکسیناسیون و همچنین خلق داروهای جدید داشته باشد.

• دانشمندان چگونه سرانجام پازل ژنوم انسان را تکمیل کردند؟