فهرست مطالب
کریسپر کس9:
قطعا اخیرا نام کریسپر کس9 را شنیدهاید اما ممکن است اطلاعات دقیقی از آن نداشته باشید. برای بسیاری از دانشجویان و علاقهمندان حوزه ژنتیک سوال است که تکنیک کریسپر دقیقا چیست؟ تاریخچهی کریسپر چیست؟ مکانیسم عمل تکنیک کریسپر چگونه است؟ اهمیت این تکنیک چیست و درکجا کاربرد دارد؟
در ادامه به پاسخ همهی این سوالات میپردازیم ولی قبل از اینکه به پاسخ این سوالات بپردازیم برای درک بهتر تکنیک کریسپر cas9 ویدیوی زیر را حتما مشاهده کنید;
نسخه پادکست ویدیو؛
کریسپر چیست؟
کریسپر سرواژهی Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats”” است که به معنی «تکرارهای پالیندرومیک کوتاه خوشهای منظم» است. کریسپر کس9 یک فناوری ویرایش ژن انقلابی است که به دانشمندان اجازه میدهد DNA موجودات زنده را با دقت بیسابقهای اصلاح کنند. به عبارت دیگر، تکنیک کریسپر، خانوادهای از توالیهای DNA است که در ژنوم باکتریها و باستانیها یافت میشود. این توالیها بخشی از سیستم ایمنی باکتریایی هستند که به محافظت از ارگانیسم در برابر عفونتهای ویروسی کمک میکند.
تکنیک کریسپر در طبیعت
سیستم “CRISPR” اطلاعات ژنتیکی از عفونتهای ویروسی قبلی در ژنوم باکتری به شکل توالیهای DNA کوتاه و مکرر که ذخیره میکند. هنگامی که باکتری به ویروس آلوده میشود، از آنزیمی به نام “Cas” (پروتئین مرتبط با CRISPR) برای برش DNA ویروس در مکانهایی استفاده میکند که با توالیهای فضای ذخیره شده مطابقت دارد و به طور موثر ویروس را غیرفعال میکند.
کاربرد سیستم کریسپر کس9 چیست؟
در سالهای اخیر، محققان راهی برای استفاده از قدرت سیستم کریسپر برای ویرایش دقیق و کارآمد ژن ایجاد کردهاند. با استفاده از یک مولکول RNA راهنمای مصنوعی که با یک توالی DNA خاص مطابقت دارد، محققان میتوانند آنزیم Cas را برای برش DNA در آن مکان هدایت کنند و به آنها اجازه دهند ژنهای خاصی را در ژنوم یک موجود زنده اضافه، حذف یا جایگزین کنند.
تاریخچه کریسپر از چه زمانی شروع شد؟
تاریخچه کریسپر به دهه 1980 برمیگردد؛ زمانی که دانشمندان شروع به مطالعه ژنوم باکتریها کردند و یک توالی تکراری عجیب از DNA را کشف کردند. با این حال، تا دهه 2000 بود که اهمیت واقعی این کشف مشخص شد.
اولین دانشمندان در تاریخچه کریسپر چه کسانی بودند؟
در سال 2005، دانشمندان در Danisco””، یک شرکت مواد غذایی دانمارکی، کشف کردند که توالی تکرار کریسپر بخشی از سیستم ایمنی باکتریایی است که در برابر ویروسهای مهاجم محافظت میکند. آنها دریافتند که این باکتری میتواند ماده ژنتیکی عفونتهای ویروسی قبلی را به خاطر بیاورد و از آن برای هدف قراردادن و نابود کردن مهاجمان ویروسی آینده استفاده کند. این کشف زمینه جدیدی از تحقیقات را در مورد استفادههای بالقوه سیستم کریسپر باز کرد.
زمانی که رویای کریسپر به واقعیت تبدیل شد
در سال 2012، تیمی از دانشمندان به رهبری «جنیفر دودنا» و «امانوئل شارپنتیر» مقالهای را در مجله “Science” منتشر کردند که نشان میداد چگونه میتوان از سیستم CRISPR برای ویرایش DNA سلولهای زنده استفاده کرد. آنها نشان دادند که پروتئین Cas9، که بخشی از سیستم کریسپر است، میتواند با استفاده از یک مولکول RNA کوچک به مکانهای خاصی در ژنوم هدایت شود و سپس برای برش DNA در آن مکان استفاده شود. این پیشرفت امکان استفاده از کریسپر را به عنوان ابزاری برای مهندسی ژنتیک باز کرد.
امروزه تاریخچهی کریسپر به کجا رسیده است؟
از آن زمان، کریسپر به یکی از پرکاربردترین و قدرتمندترین ابزارها در زیستشناسی مولکولی تبدیل شده است که کاربردهایی از تحقیقات پایه تا ژندرمانی و کشاورزی دارد. با این حال، کریسپر همچنین موضوع بحث اخلاقی است، زیرا این فناوری سوالات پیچیدهای را در مورد خطرات و مزایای بالقوه دستکاری کد ژنتیکی موجودات زنده مطرح میکند.
چرا کریسپر امروزه اهمیت بسیار ویژهای دارد؟
کریسپر به ابزاری قدرتمند برای ویرایش ژن است و به همین دلیل به ابزاری کارامد در زیستشناسی مولکولی و بیوتکنولوژی تبدیل شدهاست که کاربردهای بالقوهای در طیف وسیعی از زمینهها از جمله پزشکی، کشاورزی و علوم محیطی دارد. با استفاده از سیستم کریسپر، محققان میتوانند DNA سلولهای زنده را با دقت و کنترل بیسابقهای اصلاح کنند و به آنها اجازه دهند ژنهای خاصی را اضافه، حذف یا جایگزین کنند.
کاربردهای کریسپر کس9 در پزشکی
کاربردهای بالقوه کریسپر بسیار گسترده است. در پزشکی، میتوان از آن برای توسعه درمانهای جدید برای اختلالات ژنتیکی، مانند کمخونی سلول داسیشکل یا بیماری هانتینگتون استفاده کرد. همچنین میتوان از آن برای مهندسی سلولهای ایمنی استفاده کرد که میتوانند سلولهای سرطانی را بهتر هدف قرار دهند، یا برای ایجاد درمانهای شخصی برای بیماران خاص.
کاربردهای کریسپر کس9 در کشاورزی
در کشاورزی میتوان از کریسپر برای توسعه محصولاتی استفاده کرد که در برابر آفات، خشکسالی یا سایر تنشهای محیطی مقاومتر هستند و به طور بالقوه باعث افزایش عملکرد و کاهش نیاز به آفتکشها و سایر مواد شیمیایی میشود.
کاربرد کریسپر در تحقیقات
کریسپر همچنین میتواند در تحقیقات پایه برای مطالعه عملکرد ژنهای خاص و نقش آنها در بیماری، توسعه و سایر فرایندهای بیولوژیکی مورد استفاده قرار گیرد. با ایجاد تغییرات ژنتیکی دقیق، محققان می توانند مکانیسمهای زیربنایی این فرایندها را بهتر درک کنند که به طور بالقوه منجر به بینشها و اکتشافات جدید میشود.
مکانیسم عمل کریسپر
سیستم کریسپر با استفاده از ترکیبی از RNA و پروتئین برای هدف قرار دادن و اصلاح توالیهای DNA خاص کار میکند. مکانیسم عمل کریسپر به اختصار شامل موارد زیر است:
ابتدا، سیستم کریسپر قطعه کوچکی از DNA خارجی را از یک ویروس مهاجم یا سایر مواد ژنتیکی خارجی به دست میآورد و آن را در ژنوم باکتری ادغام میکند. این قطعه از DNA «اسپیسر» نامیده میشود.
سپس سیستم کریسپر یک مولکول RNA کوچک به نام «RNA راهنما» تولید میکند که مکمل توالی DNA هدف است. RNA راهنما شامل دنبالهای است که با توالی فاصلهساز به دست آمده در مرحله 1 مطابقت دارد.
RNA راهنما به پروتئینی به نام Cas (پروتئین مرتبط با CRISPR) متصل میشود که به عنوان یک قیچی مولکولی عمل میکند که میتواند DNA را برش دهد.
مجموعه راهنما “RNA-Cas” ژنوم را برای دنباله DNA جستوجو میکند که با توالی فاصلهدهنده در RNA راهنما مطابقت داشته باشد.
هنگامی که توالی DNA هدف قرار گرفت، آنزیم DNA Cas را قطع میکند و یک شکاف دورشتهای ایجاد میکند. این شکست ماشین ترمیم DNA سلول را فعال میکند، که میتواند برای افزودن، حذف یا جایگزینی توالیهای DNA خاص استفاده شود.
با استفاده از یک مولکول RNA راهنمای مصنوعی که با یک توالی DNA خاص مطابقت دارد، محققان میتوانند آنزیم Cas را برای برش DNA در آن مکان هدایت کنند و به آنها اجازه دهند ژنهای خاصی را در ژنوم یک موجود زنده اضافه، حذف یا جایگزین کنند.
توانایی هدفگیری دقیق توالیهای DNA خاص با استفاده از سیستم کریسپر، انقلابی در زمینه مهندسی ژنتیک ایجاد کرده است و به محققان این امکان را میدهد تا تغییرات دقیق و دقیقی در کد ژنتیکی موجودات زنده از جمله باکتریها، گیاهان و حیوانات انجام دهند.
جمعبندی
در نتیجه، CRISPR یک ابزار قدرتمند و همه کاره برای ویرایش دقیق و کارآمد ژن است. کریسپر که از یک سیستم ایمنی باکتریایی که از عفونتهای ویروسی محافظت میکند سرچشمه میگیرد و به فناوری تبدیل شدهاست که به محققان اجازه میدهد DNA موجودات زنده را با دقت و کنترل بیسابقهای اصلاح کنند.
با استفاده از یک مولکول RNA راهنمای مصنوعی که با یک توالی DNA خاص مطابقت دارد، محققان میتوانند آنزیم Cas را هدایت کنند تا DNA را در آن مکان قطع کند و به آنها اجازه دهد ژنهای خاصی را اضافه، حذف یا جایگزین کنند. کاربردهای بالقوه کریسپر گسترده و گسترده است، از توسعه درمانهای جدید برای اختلالات ژنتیکی تا محصولات مهندسی که در برابر تنشهای محیطی مقاومتر هستند.
با این حال، استفاده از کریسپر همچنین سوالات اخلاقی و اجتماعی را مطرح میکند، به ویژه در مورد احتمال عواقب ناخواسته و پیامدهای دستکاری کد ژنتیکی موجودات زنده. با وجود این نگرانیها، کریسپر ابزاری مهم و امیدوارکننده برای پیشبرد دانش علمی و رسیدگی به طیف وسیعی از چالشهای پیشروی جامعه است.
نویسنده: یاسمن علیرضایی
منابع:
National Institutes of Health (NIH). (2021). Understanding genome editing: An overview.https://www.genome.gov/about-genomics/policy-issues/understanding-genome-editing
The Broad Institute. (2021). CRISPR timeline. https://www.broadinstitute.org/what-broad/areas-focus/project-spotlight/crispr-timeline
National Academy of Sciences. (2017). Human genome editing: Science, ethics, and governance. https://www.nap.edu/catalog/24623/human-genome-editing-science-ethics-and-governance
A programmable dual-RNA-guided DNA endonuclease in adaptive bacterial immunity https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/22745249/
Genome editing. The new frontier of genome engineering with CRISPR-Cas9 https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25430774/
در حال حاضر محدودیت های تکنیک کریسپر چیست؟
با اینکه سیستم کریسپر نسبت به سایر فناوری های ویرایش ژنوم مزایای زیادی دارد ولی نتایج حاصل از کریسپر در سلول های بالغ و تعداد بالا در درمان های بالینی با مشکل مواجه شد. همچنین نتیجه ایمن و موثر در سلول های هدف یکی از چالش های اصلی این فناوری هست. طبق مطالعات کریسپر می تواند باعث تغییرات ناخواسته در جنین انسان شود به این صورت که به جای حذف جهش، کریسپر باعث شد سلول کل کروموزوم ها را از بین ببرد.
خیلی کامل و عالی توضیح دادید سپاس .
ممنون که وقت گذاشتید و مطالعه کردید.
توی کشور ما هم این تکنولوژی کریسپر حرفی برای گفتن داره ؟
شما اطلاع دارین که چقدره هزینهش توی ایران؟
این درمان ممکن است با بی میلی بیماران روبرو شود زیرا مستقیما ژنوم را ویرایش می کند. درمان طولانی مدت و عوارض جانبی ناشناخته دارد و در نهایت، هزینه درمان که بین ۵۰۰۰۰ تا ۲۰۰۰۰۰ دلاز تخمین زده می شود، که این هزینه برای بسیاری قابل پرداخت نیست. بسیاری از آزمایشاتی که برای این درمان نیاز هست، در خارج از ایران انجام میشود و همین موضوع هزینه های درمان را افزایش میدهد.
تکنیک های کریسپر چقدر در ایران قابلیت اجرا شدن داره؟
از سال 97 از فناوری کریسپر به طور جدی در زمینه های بالینی و تحقیقاتی استفاده شده است. برای اطلاعات بیشتر میتونید گزارش سومین سمپوزیوم بین المملی کریسپر رو در همین سایت مطالعه بفرمایید.
https://biocan.ir/?p=25228
https://biocan.ir/?p=25261
مزایا و معایب تکنیک کریسپر چیست؟ نسبت به سایر تکنیک های ویرایش ژنومی؟
مزایای این سیستم: اصلاح منطقه هدف ساده است
راه اندازی و به کارگیری ساده این سیستم
کاهش هزینه و وقت
معایب این سیستم: شروع به کار این سیستم نیازمند سرمایه گذاری قابل توجهی هست
همیشه کارآمد نیست
اثرات زیاد خارج از هدف
سلام لطفا اگه جایی چه داخل ایران چه خارج ایران از این تکنیکبه صورت عملی استفاده میکنند را برای من ایمیل کنید خیلی ممنون میشم