دهه اول وحشی CRISPR فقط سطح پتانسیل خود را خراش می دهد

ده سال پیش، یک مکانیسم دفاعی کمتر شناخته شده باکتریایی به عنوان یک ویرایشگر ژنوم قدرتمند به شهرت رسید. در دهه پس از آن، CRISPR-Cas9 انواع مختلفی را تولید کرده است و به یک جعبه ابزار جامع گسترش یافته است که می تواند کد ژنتیکی زندگی را ویرایش کند.

به دور از تعقیب برج عاج، کاربردهای عملی آن در تحقیقات، مراقبت های بهداشتی و کشاورزی سریع و خشمگین شد.

سرفصل ها را دیده اید. FDA استفاده از آن را در مقابله با جهش ژنتیکی زمینه ای برای بیماری سلول داسی شکل. برخی از محققین سلول های ایمنی را ویرایش کرد تا با سرطان های غیر قابل درمان خون در کودکان مبارزه کند. دیگران گرفتند پیوند اعضای خوک به انسان از رویا به واقعیت در تلاش برای کاهش کمبود اعضای اهدا کننده. هدف کار اخیر کمک به میلیون ها نفر از افراد مبتلا به کلسترول بالا - و به طور بالقوه ارائه ژن درمانی مبتنی بر CRISPR به توده ها است. احتمال بیماری قلبی آنها را کاهش می دهد با یک بار تزریق

اما برای دکتر جنیفر دودنا، که جایزه نوبل 2020 را به خاطر نقشش در توسعه CRISPR برنده شد، ما فقط سطح پتانسیل آن را بررسی می کنیم. داودنا همراه با دانشجوی فارغ التحصیل جوی وانگ، نقشه راه دهه آینده این فناوری را ترسیم کرد. در یک مقاله in علم.

اگر دهه 2010 بر ایجاد جعبه ابزار CRISPR و اثبات اثربخشی آن متمرکز بود، این دهه زمانی است که این فناوری به پتانسیل کامل خود می رسد. نویسندگان نوشتند، از درمان‌های مبتنی بر CRISPR و صفحه‌های نمایش در مقیاس بزرگ برای تشخیص بیماری گرفته تا مهندسی محصولات پرمحصول و غذاهای مغذی، این فناوری «و تأثیر بالقوه آن هنوز در مراحل اولیه خود هستند».

یک دهه از نکات برجسته

ما جوهر زیادی بر روی پیشرفت‌های CRISPR ریخته‌ایم، اما بازبینی گذشته برای پیش‌بینی آینده و به‌طور بالقوه کشف مشکلات در این راه، سودمند است.

یکی از نکات برجسته اولیه، توانایی باورنکردنی CRISPR در مهندسی سریع مدل های حیوانی بیماری بود. شکل اصلی آن به راحتی یک ژن مورد نظر را در یک جنین بسیار اولیه از بین می برد، که با پیوند به رحم می تواند موش های اصلاح شده ژنتیکی را تنها در یک ماه تولید کند، در مقایسه با یک سال با استفاده از روش های قبلی. نسخه‌های اضافی CRISPR، مانند ویرایش پایه - تعویض یک حرف ژنتیکی با حرف دیگر - و ویرایش اولیه - که DNA را بدون بریدن هر دو رشته قطع می‌کند - انعطاف‌پذیری جعبه ابزار را در مهندسی ارگانوئیدهای تغییر یافته ژنتیکی افزایش داد.به مغزهای کوچک فکر کنید) و حیوانات. CRISPR به سرعت ده‌ها مدل را برای برخی از ویران‌کننده‌ترین و گیج‌کننده‌ترین بیماری‌های ما، از جمله سرطان‌های مختلف، آلزایمر، و دیستروفی عضلانی دوشن ایجاد کرد - یک اختلال تحلیل‌برنده که در آن عضله به آرامی تحلیل می‌رود. اکنون ده ها آزمایش مبتنی بر CRISPR انجام شده است در کارها.

CRISPR همچنین غربالگری ژنتیکی را در عصر کلان داده تسریع کرد. به جای هدف قرار دادن یک ژن در یک زمان، اکنون می توان هزاران ژن را به طور موازی خاموش یا فعال کرد و نوعی سنگ روزتا را برای تبدیل اختلالات ژنتیکی به تغییرات بیولوژیکی تشکیل داد. این امر به ویژه برای درک فعل و انفعالات ژنتیکی، مانند آنهایی که در سرطان یا پیری که قبلاً از آنها مطلع نبودیم، و به دست آوردن مهمات جدید برای تولید دارو بسیار مهم است.

اما یک دستاورد مهم برای CRISPR ویرایش چندگانه بود. این نوع مهندسی ژنتیک مانند ضربه زدن همزمان بر روی چندین کلید پیانو، چندین ناحیه DNA خاص را هدف قرار می دهد و به سرعت ترکیب ژنتیکی ژنوم را در یک حرکت تغییر می دهد.

این فناوری در گیاهان و حیوانات کار می کند. برای سال‌ها، مردم محصولات زراعی را با ویژگی‌های مطلوب پرورش می‌دادند - خواه رنگ، اندازه، طعم، تغذیه یا مقاومت در برابر بیماری‌ها. CRISPR می تواند به انتخاب چندین صفت یا حتی اهلی کردن محصولات جدید فقط در یک نسل کمک کند. گاوهای نر بدون شاخ تولید شده توسط CRISPR, گوجه فرنگی غنی از مواد مغذیو حیوانات مزرعه بیش از حد عضلانی و ماهی در حال حاضر واقعیت هستند با جمعیت جهان در سال 8 به 2022 میلیارد رسید و میلیون ها نفر از گرسنگی رنج می برندمحصولات CRISPRed ممکن است راه نجاتی به همراه داشته باشند، یعنی اگر مردم مایل به پذیرش این فناوری باشند.

مسیر به جلو

از اینجا به کجا می رویم؟

از نظر نویسندگان، ما باید کارایی CRISPR را بیشتر تقویت کنیم و اعتماد ایجاد کنیم. این به معنای بازگشت به اصول اولیه برای افزایش دقت و دقت ویرایش ابزار است. در اینجا، پلتفرم‌هایی برای تکامل سریع آنزیم‌های Cas، جزء «قیچی» ماشین‌آلات CRISPR، حیاتی هستند.

قبلاً موفقیت هایی وجود داشته است: یک نسخه Cas، مثلا، به عنوان یک نرده محافظ برای جزء هدف - sgRNA "شنگ خون" عمل می کند. در CRISPR کلاسیک، sgRNA به تنهایی کار می‌کند، اما در این نسخه به‌روز شده، بدون کمک Cas نمی‌تواند متصل شود. این ترفند به تطبیق ویرایش با یک سایت DNA خاص کمک می کند و دقت را افزایش می دهد تا برش طبق پیش بینی انجام شود.

استراتژی‌های مشابه همچنین می‌توانند دقت را با عوارض جانبی کمتر افزایش دهند یا ژن‌های جدیدی را در سلول‌هایی مانند نورون‌ها و سایر سلول‌هایی که دیگر تقسیم نمی‌شوند، وارد کنند. در حالی که در حال حاضر با ویرایش اولیه امکان پذیر است، کارایی آن می تواند باشد 30 برابر کمتر است نسبت به مکانیسم های کلاسیک CRISPR

نویسندگان می‌گویند: «هدف اصلی برای ویرایش اصلی در دهه آینده، بهبود کارایی بدون به خطر انداختن خلوص محصول ویرایش است - نتیجه‌ای که این پتانسیل را دارد که ویرایش اصلی را به یکی از همه کاره‌ترین ابزار برای ویرایش دقیق تبدیل کند».

اما شاید مهم‌تر از آن زایمان باشد که به‌ویژه برای درمان‌ها همچنان یک گلوگاه باقی می‌ماند. در حال حاضر، CRISPR به طور کلی در سلول‌های خارج از بدن که به عقب تزریق می‌شوند - مانند مورد CAR-T - یا در برخی موارد به یک حامل ویروسی متصل می‌شوند یا در حباب‌های چربی محصور می‌شوند و به بدن تزریق می‌شوند، استفاده می‌شود. موفقیت هایی داشته است: در 2021، FDA تایید کرد اولین شات مبتنی بر CRISPR برای مقابله با یک بیماری ژنتیکی خون، آمیلوئیدوز transthyretin.

با این حال، هر دو استراتژی مشکل‌ساز هستند: بسیاری از انواع سلول‌ها نمی‌توانند از درمان CAR-T جان سالم به در ببرند - وقتی دوباره وارد بدن شوند می‌میرند - و هدف قرار دادن بافت‌ها و اندام‌های خاص عمدتاً برای درمان‌های تزریقی دور از دسترس باقی می‌ماند.

به گفته نویسندگان، یک پیشرفت کلیدی برای دهه آینده، انتقال محموله CRISPR به بافت هدف بدون آسیب و رهاسازی ویرایشگر ژن در نقطه مورد نظر است. هر یک از این مراحل، اگرچه روی کاغذ به ظاهر ساده است، اما مجموعه ای از چالش های خاص خود را ارائه می دهد که برای غلبه بر آنها هم به مهندسی زیستی و هم به نوآوری نیاز دارد.

در نهایت، نویسندگان گفتند، CRISPR می‌تواند با سایر پیشرفت‌های فناوری هم افزایی کند. برای مثال، با استفاده از تصویربرداری سلولی و یادگیری ماشینی، به زودی می‌توانیم ویرایشگرهای ژنوم کارآمدتری را مهندسی کنیم. با تشکر از توالی یابی DNA سریعتر و ارزان تر، ما می توانیم به راحتی عواقب ویرایش ژن را کنترل کنیم. سپس این داده‌ها می‌توانند نوعی مکانیسم بازخوردی را فراهم کنند که با آن ویرایشگرهای ژنوم قوی‌تری را در یک حلقه با فضیلت مهندسی کنیم.

تاثیر دنیای واقعی

به گفته نویسندگان، اگرچه گسترش بیشتر جعبه ابزار CRISPR در دستور کار است، اما این فناوری به اندازه‌ای بالغ است که در دهه دوم خود بر دنیای واقعی تأثیر بگذارد.

در آینده نزدیک، ما باید شاهد «تعداد فزاینده‌ای از درمان‌های مبتنی بر CRISPR باشیم که به مراحل بعدی آزمایش‌های بالینی منتقل می‌شوند». با نگاهی بیشتر به آینده، این فناوری یا انواع آن می‌تواند پیوند خوک به انسان را به جای آزمایشی، امری عادی کند. غربالگری در مقیاس بزرگ برای یافتن ژن‌هایی که منجر به پیری یا بیماری‌های دژنراتیو مغزی یا قلبی می‌شوند - مهمترین قاتلان امروز ما - می‌توانند درمان‌های پیشگیرانه مبتنی بر CRISPR را ارائه دهند. این کار آسانی نیست: ما هم به دانش ژنتیک زمینه‌ای بیماری‌های ژنتیکی چندوجهی نیاز داریم - یعنی زمانی که ژن‌های متعدد وارد بازی می‌شوند - و هم به راهی برای رساندن ابزارهای ویرایش به هدفشان. نویسندگان می‌گویند: «اما مزایای بالقوه ممکن است نوآوری را در این زمینه‌ها فراتر از آنچه امروز ممکن است هدایت کند.

با این حال، با قدرت بیشتر، مسئولیت بیشتری نیز به همراه دارد. CRISPR با سرعت سرسام آوری پیشرفت کرده است و آژانس های نظارتی و مردم هنوز در تلاش برای رسیدن به عقب هستند. شاید بدنام ترین مثال آن بود نوزادان کریسپر، که در آن آزمایشات بر خلاف دستورالعمل های اخلاقی جهانی انجام شده است پیشران یک کنسرسیوم بین المللی برای تعیین خط قرمز برای ویرایش سلول های زایای انسانی.

به طور مشابه، ارگانیسم های اصلاح شده ژنتیکی (GMOs) یک موضوع بحث برانگیز باقی مانده است. اگرچه CRISPR بسیار دقیق تر از ابزارهای ژنتیکی قبلی است، تصمیم گیری در مورد استقبال از آن به عهده مصرف کنندگان است. نسل جدیدی از غذاهای تکامل یافته توسط انسان- هم گیاهی و هم حیوانی

این گفتگوهای مهمی که نیاز به گفتمان جهانی دارند همانطور که CRISPR وارد دهه دوم خود می شود. اما برای نویسندگان، آینده روشن به نظر می رسد.

آنها می‌گویند: «همانطور که در زمان ظهور ویرایش ژنوم CRISPR، ترکیبی از کنجکاوی علمی و میل به نفع جامعه باعث ایجاد نوآوری در دهه آینده در فناوری CRISPR خواهد شد. با ادامه کاوش در دنیای طبیعی، آنچه را که نمی توان تصور کرد را کشف کرده و از آن در دنیای واقعی به نفع سیاره استفاده خواهیم کرد.

تصویر های اعتباری: NIH

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• پلاتوبلاک چین. Web3 Metaverse Intelligence. دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• منبع: https://singularityhub.com/2023/01/25/crisprs-wild-first-decade-only-scratches-the-surface-of-its-potential/