لأول مرة.. اكتشاف آلية تحرير جيني مشابهة لآلية كريسبر في حقيقيات النوى
تاريخ النشر: 8th, July 2023 GMT
أعلن علماء معهد "ماساتشوستس للتكنولوجيا" (MIT) بقيادة فينغ زانغ عن اكتشاف آلية تحرير جيني مشابهة لآلية "كريسبر-كاس" (CRISPR-Cas) التي اكتشفت في الخلايا بدائية النوى كالبكتيريا والعتائق التي تفتقر إلى النواة، غير أن الآلية المكتشفة تعمل في الخلايا حقيقية النواة.
ونشرت الدراسة في دورية "نيتشر" (Nature) في 28 يونيو/حزيران الماضي.
وتعتمد الآلية المكتشفة حديثا على بروتين يعرف باسم "فانزور" (Fanzor)، ويوجد بكثرة في الكائنات حقيقية النوى، ومنه اشتقت الآلية الجديدة اسمها.
تقنية "كريسبر-كاس"لفهم هذا الاكتشاف بشكل أعمق، فإنه يتعين علينا أولا فهم آلية "كريسبر-كاس"، التي هي اختصارا لـ "التكرارات العنقودية المتناوبة المنتظمة التباعد".
توجد في البكتيريا والعتائق بدائية النوى تتابعات متكررة من الحمض النووي. ويبلغ طول كل تتابع حوالي 30 قاعدة (الوحدة البنائية للحمض النووي)، وتتكرر هذه التتابعات على نحو منتظم يبلغ 35 قاعده، وتقرأ هذه التتابعات بالترتيب نفسه سواء من اليمين إلى اليسار أو العكس.
لكن ما الدور الذي تلعبه هذه التتابعات في البكتيريا؟
للإجابة عن هذا التساؤل، علينا أولا معرفة أن البكتيريا وغيرها من الكائنات الأولية تتعرض لهجوم دائم ومستمر من الفيروسات إذ تتفوق الأخيرة على الكائنات بدائية النواة في العدد (نسبة الفيروسات إلى الكائنات البدائية هي 10 إلى واحد)، وكذلك في قدرتها على التحور والتغير الجيني المستمر.
وطورت الكائنات البدائية آليات دفاعية لمجابهة الغزو الفيروسي، ومن بينها نظام "كريسبر-كاس" الذي يجيد التعرف على الجينات الفيروسية وتذكرها وتدميرها، وذلك بمساعدة بروتين آخر يعرف باسم "كاس" (Cas)، وهو اختصار لكلمة "البروتينات المرتبطة بكريسبر".
وطور العلماء هذه الآلية وتم دمجها داخل الخلايا حقيقة النوى (كخلايا الحيوان والنبات)، حتى تستخدم كتقنية تمكنهم من تحرير وتعديل الجينات العطبة أو غير المرغوب فيها. وقد لعبت هذه الأداة الثورية دورا هاما في مجابهة الأمراض، ومكافحة العدوى الفيروسية، ومكافحة الآفات الزراعية.
لطالما تساءل العلماء عن إمكانية احتضان الخلايا حقيقة النواة لآلية مشابهة تستخدمها في مجابهة العدوى.
وبالفعل، فقد نجح فريق زانغ في اكتشاف آلية مماثلة في الخلايا حقيقة النواة. فطبقا للبيان الصحفي الذي نشره معهد "ماساتشوستس للتكنولوجيا"، أظهرت الدراسة أن بروتينات "فانزور" تستخدم الحمض النووي الريبي (RNA) كدليل لاستهداف الحمض النووي (DNA) بدقة. ويمكن إعادة برمجة "فانزور" لتحرير الجينوم البشري.
ويتفوق نظام "فانزور" على "كريسبر-كاس" بميزة هامة، وهي سهولة إيصاله للخلايا والأنسجة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن تحسين كفاءته في استهداف مناطق الحمض النووي، مما يجعله أداة قيمة لتحرير الجينوم البشري.
وفي سياق متصل، يشير زانغ، قائد الدراسة من معهد "ماساتشوستس للتكنولوجيا"، إلى أن "أنظمة كريسبر تستخدم على نطاق واسع بسبب سهولة برمجتها، مما يتيح استهداف مناطق مختلفة في الجينوم".
ويركز زانغ على أن "هذا النظام الجديد يعتبر وسيلة إضافية لإجراء تعديلات دقيقة في خلايا الإنسان، ويعتبر أداة مكملة للتقنيات المتاحة بالفعل لتحرير الجينوم".
ويهدف مختبر زانغ إلى تطوير الأدوية الجينية التي تستهدف الخلايا البشرية عن طريق التلاعب في الجينات. وقد اكتشف زانغ وفريقه قبل عامين فئة من أنظمة التحرير القابلة لإعادة البرمجة في الخلايا بدائية النواة أيضا، وعرف هذا النظام باسم "أوميغا" (OMEGA)، ويعتمد بدوره على الجينات القافزة أو النطاطة (Jumping genes).
وأظهرت الدراسة الأخيرة وجود تشابهات بين أنظمة "أوميغا" وبروتينات "فانزور"، مما يشير إلى أن إنزيمات نظام "فانزور" تعتمد على آليات توجيه تستند إلى الحمض النووي الريبي لاستهداف وقطع الحمض النووي.
وتمكن العلماء من عزل بروتين "فانزور" من مجموعة متنوعة من الكائنات مثل الفطريات والطحالب وأنواع من الأميبا. وتبين أن نظام "فانزور" يستخدم إنزيمات القطع الموجهة بواسطة الحمض النووي الريبي، ويعتمد على وجود حمض ريبي غير مُشفِّر آخر يسمى "الحمض النووي الريبي أوميغا" (ωRNAs) لاستهداف مواقع محددة في الجينوم.
وتعد هذه المرة الأولى التي يعثر فيها على آلية كهذه في الخلايا حقيقة النواة.
وتمكن الباحثون من إظهار قدرة نظام "فانزور" على إدخال وتعديل وقص أجزاء من الجينوم البشري كأداة لتحرير الجينات.
في البداية، كانت كفاءة نظام "فانزور" أقل من نظام "كريسبر-كاس" المماثل. ومع ذلك -عن طريق الهندسة المنهجية التي قام بها الفريق- تم زيادة نشاط نظام "فانزور" بنسبة 10 أضعاف.
وتبين للباحثين -على النقيض من بعض أنظمة "كريسبر" و"أوميغا"- أن بروتين "فانزور" الذي عزلوه من الفطريات لا يتسبب في آثار جانبية، مما يشير إلى إمكانية تطويره كأداة فعالة لتحرير الجينوم.
ويمكن إعادة برمجة نظام "فانزور" بسهولة لاستهداف مواقع محددة في الجينوم، ويشدد زانغ على أنه "يمكن تطويره في المستقبل ليصبح تقنية قوية وجديدة لتحرير الجينوم في التطبيقات البحثية والعلاجية".
تجدر الإشارة إلى أن فريق بحثي آخر، يقوده عضوان سابقان في مختبر زانغ، قد نشر دراسة أولية مشابهة على موقع الأبحاث غير المحكمة "بيو آركايف" (bioRxiv) في 14 يونيو/حزيران الماضي، تناقش الاكتشاف نفسه.
ومن المحتمل أن يفسر هذا سبب ظهور نسخة معالجة من الدراسة على موقع دورية "نيتشر" لتسهيل الوصول المبكر إلى نتائجها، رغم أنها ما زالت تخضع لعملية التحرير كما تذكر الدورية.
المصدر: الجزيرة
إقرأ أيضاً:
عبر تتبع الخلايا.. لقاح بريطاني للسرطان يكتشف المرض قبل الإصابة به بـ20 عاما
في تحدٍ غير مسبوق للسيطرة على المرض الخبيث، يعكف العلماء حاليًا على تطوير لقاح جديد للسرطان، يتميز بقدرته على اكتشاف الخلايا السرطانية في مراحل مبكرة جدًا، قد تصل إلى 20 عامًا قبل ظهور الأعراض السريرية للمرض، وهذا اللقاح يُجرى تطويره حاليًا بالتعاون بين شركة الأدوية العملاقة GSK وجامعة أكسفورد، ويستهدف الخلايا التي لم تتحول بعد إلى خلايا سرطانية خبيثة، ما يجعله وسيلة واعدة للوقاية من السرطان وعلاجه في المستقبل.
اكتشاف الخلايا السرطانية قبل انتشارهاوتتمتع جامعة أكسفورد بخبرة عالمية رائدة في دراسة بيولوجية ما قبل السرطان، مثل تحديد وتسلسل المستضدات الجديدة، وهي بروتينات تتكون على الخلايا السرطانية ويمكن أن تكون هدفًا للأدوية، وقد قررت شركة جلاكسو سميث كلاين- ثاني أكبر شركة لصناعة الأدوية في بريطانيا بعد شركة استرازينيكا- أن تنفق نحو 50 مليون جنيه إسترليني على مشروع مع جامعة أكسفورد للتحقيق في إمكانية استخدام اللقاحات لمنع بعض أنواع السرطان، كما أنّ برنامج GSK-Oxford Immuno-Prevention Cancer Immuno-Prevention سيبحث في كيفية تطور الخلايا السرطانية، وفقًا لصحيفة «جارديان» البريطانية.
ويشعر العلماء بالمزيد من التفاؤل بشأن إمكانات لقاحات السرطان، التي تهدف إلى مساعدة الجهاز المناعي للمريض على محاربة السرطان، وتخضع بعض اللقاحات بالفعل للاختبار على المرضى، بما في ذلك في المملكة المتحدة، ويتم تصميم التدخلات لتتناسب مع أورام الفرد.
سارة بلاجدن، أستاذة علم الأورام التجريبي في جامعة أكسفورد، تقول في مقابلة مع برنامج Today: «السرطان لا يأتي من العدم، يمكن أن يستغرق تطور السرطان ما يصل إلى 20 عامًا، وأحيانًا أكثر من ذلك، إذ تتحول الخلية الطبيعية إلى سرطانية وفي هذه المرحلة تكون معظم أنواع السرطان غير مرئية، والغرض من اللقاح ليس التطعيم ضد السرطان المؤكد، بل التطعيم ضد مرحلة ما قبل السرطان».
وتخضع العديد من لقاحات السرطان للاختبارات بالفعل، حيث تسمح التكنولوجيا الجديدة للعلماء بتسلسل جينوم الورم للعثور على الطفرات الجينية التي تنتج المستضدات الجديدة، ثم يقوم اللقاح بإدخال المستضدات الجديدة المخصصة إلى الجسم، مما يحفز الجهاز المناعي على البحث عن تلك الخلايا وتدميرها، ويمكن تصنيع اللقاحات الفردية باستخدام mRNA «حمض الريبونوكلييك الرسول»، وهي الجزيئات المسؤولة عن تحويل تسلسلات الحمض النووي إلى بروتينات، وقد برزت هذه اللقاحات التي تستخدم mRNA خلال جائحة كوفيد-19.
وتظل عملية تسلسل الجينومات بسرعة ثم إنتاج اللقاحات من العمليات المكلفة، إلا أنّ العلماء تشجعوا بالنتائج المبكرة في بعض الاختبارات، التي تتراوح بين أنواع السرطان بما في ذلك بعض أنواع سرطان الرئة والدماغ والمبيض والجلد والبنكرياس.
اقرأ أيضًا: يذيب الورم في أقل من ثانية.. معلومات عن العلاج الإشعاعي السريع للسرطان
توحيد التجارب السريرية للمرضىوتقول إيرين تريسي، نائبة رئيس جامعة أكسفورد، إن برنامج البحث سيوحد الخبراء في التجارب السريرية وعلم الأورام المناعي وعلم اللقاحات وأبحاث ما قبل السرطان من جميع أنحاء الجامعة بهدف إطلاق العنان لإمكانات لقاحات السرطان وإحضار الأمل للمرضى في جميع أنحاء العالم.
توني وود، كبير مسؤولي العلوم في شركة جلاكسو سميث كلاين يقول: «يسعدنا أن نعزز علاقتنا مع جامعة أكسفورد وأن نجمع بين المعرفة العميقة لعلماء أكسفورد وشركة جلاكسو سميث كلاين، ومن خلال استكشاف علم الأحياء قبل السرطاني والاستفادة من خبرة شركة جلاكسو سميث كلاين في علم الجهاز المناعي، نهدف إلى توليد رؤى رئيسية للأشخاص المعرضين لخطر الإصابة بالسرطان».
وكيل إمارة الرياض المساعد للحقوق يحضر حفل سفارة جمهورية اتحاد ميانمار بمناسبة اليوم الوطني لبلادها