سمپوزیوم کریسپر (۳۱خردادماه ۱۴۰۱)

سمپوزیوم کریسپر؛ در دومین روز از دومین سمپوزیوم بین‌المللی و چهارمین سمپوزیوم ملی کریسپر چه گذشت؟

این سمپوزیوم به همت پژوهشگاه ملی مهندسی ژنتیک و زیست‌فناوری، اتحاد زیست‌شناسان ایران و هم‌چنین آکادمی ژنتیک ایران در ۳۱خرداد ۱۴۰۱ برگزار گردید.

در ابتدای برنامه جناب دکتر شریف_تابع_بردبار سخنان خود را با موضوع تعویض ژن و ویرایش ژنی برای درمان مایوپاتی‌های ژنتیکی آغاز کردند. ایشان در ادامه مفاهیم ابتدایی‌ای را در مورد عضلات و فیزیولوژی آن بیان کردند و سپس به پاتوفیزیولوژی و پروسه‌ی پیشرفت بیماری دیستروفی عضلانی دوشن پرداختند.

در ادامه ایشان انواع درمان‌های موجود را برای این بیماری معرفی کردند که به عقیده‌ی وی ژن‌درمانی یکی از بهترین‌ درمان‌ها برای دیستروفی است. به‌طورطبیعی کریسپر برای ژن‌درمانی نقشی اساسی دارد. لذا به کمک تکنولوژی کریسپر و با حذف اگزون ۲۳ از ژنوم می‌توانیم شاهد ساخت دیستروفین باشیم. در بخش بعدی ایشان روش “Exon skipping” را به کمک تکنولوژی کریسپر توضیح دادند. از آن‌‌جایی که مهم‌ترین چالش درمان به کمک کریسپر “Delivery” مناسب است؛ ایشان یک ناقل مناسب برای همین موضوع طراحی کردند. این ناقل، “Adeno-associated Virus” است که بسیار بی‌خطر است و قابلیت تاثیرگذاری بالایی دارد. لذا با ویرایش ژنومی کپسید این ویروس می‌توان آن را مجبور کرد که دقیق‌تر و موثرتر از ناقل‌های دیگر درمان را انجام داد. در ادامه ایشان در مورد چالش‌ها و آینده‌ی کریسپر و درمان دیستروفین صحبت کردند. در صحبت نهایی خود در مورد علاقه تاکید کردند و گفتند شوق و اشتیاق شما مهم‌ترین عاملی است که باعث می‌شود در کاری که می‌خواهید موفق شوید.

در قسمت بعدی برنامه جناب دکتر فرهاد قوامی در رابطه با ابزارهای مورد نیاز برای ویرایش ژنوم و گیاهانی که با این روش اصلاح و به بازار عرضه شده‌اند سخن گفتند. طبق فرمایشات ایشان در مهندسی ژنتیک تغییرات به صورتی انجام می‌شوند که یک ژن غیر از ژن اصلی  وارد گیاه شود که خب برای این عمل یک‌سری قوانین وجود دارد که حتما باید رعایت شوند. اما ویرایش ژنوم در واقع به معنی اصلاح ژن‌های خودی است و هیچ ژنی از منبع دیگر وارد ژنوم گیاه نمی‌شود. نکته‌ی مهم این است که برای ویرایش ژنوم نیز مانند مهندسی ژنتیک ما نیازمند قوانین سخت هستیم یا خیر.

بعد از این موارد دکتر به ابزارهایی در ویرایش ژنوم که از گذشته تا به امروز استفاده می‌شده، اشاره کردند. ابزارهایی در گذشته مورد استفاده قرار می‌گرفته است، هر کدام با مشکلاتی همراه بوده و کار دانشمندان را بسیار سخت می‌کرده است اما با ظهور روش کریسپر کار ویرایش ژنوم بسیار راحت‌تر از گذشته شده‌است. استفاده از روش ویرایش ژنوم در سراسر دنیا در حال افزایش است و شرکت‌های بزرگی مانند “Calyxt”، شرکت “Pirwise”، شرکت “Inari” و غیره در این زمینه فعالیت می‌کنند. دکتر از هزینه‌های محصولات ترنس‌ژنیک و ویرایش ژنوم گفتند. طبق حرف ایشان تولید محصولات ترانس ژنتیک بسیار گران تمام می‌شود و ۱۰ تا ۱۳سال طول می‌کشد درصورتی که محصولات ویرایش ژنوم هزینه کمتری دارند و تولیدشان به ۵ تا ۶سال تقلیل یافته است. ایشان افزودند: محدودیت‌های موجود بر سر تولید محصولات نباید آن‌قدر شدید باشد که جلوی عرضه محصولی که ممکن است به بشر خدمات زیادی کند را بگیرد. پس در اعمال محدودیت‌ها باید عاقلانه رفتار کرد. در آخر ایشان به آزمایش‌های لازم برا تولید یک محصول ویرایش ژنوم اشاره کردند و از قوانین کشور‌های مختلف برای تولید این محصولات اشاره کردند.

در ادامه‌ی برنامه در خدمت دکتر بهرام باغبان بودیم. ایشان سخنان خود را اینگونه آغاز کردند که: دلیل اهمیت کریسپر دسترسی مستقیم پژوهشگر با DNA و ژن هدف است. فرضیه‌سازی و طراحی در کریسپر بسته به تکنولوژی مورد نظر تغییر می‌کند. دکتر خطاب به پژوهشگران و دانشجویان گفتند: در عرصه ایجاد موجودات و گیاهان جدید ترسی وجود ندارد و باید با رعایت قوانین اخلاقی بدون تردید در این حوزه فعالیت کرد. ایشان در ارتباط با  “Synthetic biology” این موضوع را بیان کردند که این صنعت مجموعه‌ای از همه اطلاعات بشر در انواع زمینه‌هاست که می‌تواند پروسه فرضیه‌سازی و تخیل انسان را گسترش دهد. مجموعه موجودات حاصل ‌از تکامل طبیعی را می‌توان در این روش پیدا کرد. سوالی که پیش می‌آید این است که آیا می‌توان شکل و شمایل آن را تغییر داد یا خیر؟ به‌گفته دکتر باغبان، به‌نظر می‌رسد درحال حاضر مهندسان توانایی تغییر پایه‌های ژنتیکی را ندارند؛ همچنین ممکن است بشر در آینده نزدیک با موانعی مواجه شود. کاربردهایی که صنعت “Synthetic biology” دارد، تمام مواردی هستند که برای رسیدن به اهداف موردنظر از کریسپر استفاده می‌شود.

اما موضوع مهم این زمینه موارد اخلاقی آن است. دکتر باغبان دراین مورد بیان کردند که اگر مراکز تحقیقاتی به موارد فنی و اخلاقی توجه نکنند غوغا خواهد شد. اما ایشان معتقدند ترس درست نیست باید با رعایت قوانین اخلاقی به کره زمین و محیط زیست کمک کرد. خوشبختانه نتایج در چند ماه قبل بیان شده و از تست‌های دانشگاه علوم پزشکی استفاده شده است. اما به‌نظر می‌رسد می‌توان باکمک “Synthetic biology”، جزئی را در گیاهان به نانوسلولز تبدیل کرد که نسبتا دستاورد بزرگی است. دکتر باغبان برای تشویق دانشجویان به استفاده بیشتر و بیشتر آنها از این فناوری گفتند: از کریسپر نترسید، بلکه بیاید با این روش به ساختار سلولهای گیاهی ورود پیدا کنیم.

در ادامه‌‌ی برنامه ما میزبان دکتر هادی شیرازی بودیم. در ابتدای ارائه، دکتر شیرازی به تنش‌های محیطی اشاره کردند و گفتند دونوع تنش محیطی با عنوان‌های زیستی و غیرزیستی سبب کاهش محصولات زارعی می‌شوند. مهم‌ترین این تنش‌ها، تنش زیستی بوده که شامل انواع بیماری‌های ویروسی، قارچی و باکتریایی است. دکتر شیرازی در مورد چگونگی ایجاد گیاه مقاوم اشاره کردند که کریسپر مهم‌ترین تکنولوژی در این فرآیند است. به‌نظر می‌رسد روش  “HDR” می‌تواند در این آزمایش موثر باشد اما ایراد اساسی این روش کارایی پایین آن است .

برای دفع این ایراد استفاده از “base editors” پیشنهاد شد که با ساختارهای جدید سبب تغییرات تک‌نوکلئوییدی در ژن می‌شود. با این روش کارایی آن چند برابر می‌شود. این روش در بسیاری از گیاهان زارعی استفاده شده‌است که در مقاومت بیماری‌های مختلف از جمله ویروس‌ها کمک بسیاری کرده‌است. با توجه به این اطلاعات، قراردادی بین فرانسه و ایران ایجاد و روی گیاه خربزه مطالعه شد. تنوع بالا، مصارف دارویی و ارزش اقتصادی این گیاه سبب انتخاب شدن آن در این مطالعه شده‌است.

بعد از توقف کوتاهی به میزبانی دکتر سعید کدخدایی نشستیم. ایشان در مورد ترندهای روز، علم زندگی (Life Science) را معرفی کردند که از مهم‌ترین‌ آن‌ها بیولوژی سنتتیک است و مولفه‌ی اصلی آن هم ویرایش ژنی است. امروزه تکنولوژی کریسپر، یکه تاز علم ویرایش ژنومی است. ایشان در ادامه به کاربردهای کریسپر در علم بیولوژی و ویرایش ژنی پرداختند و به چالش‌ها و محدودیت‌های این حوزه اشاره کردند. همچنین راهکارهای حال حاضر برای مقابله با این چالش‌ها و محدودیت‌ها را معرفی کردند. ایشان فرمودند: از نظر تئوری،‌ کریسپر مشکلی ندارد اما در عمل مشکلاتی هم‌چون “off target” بودن جهش‌های ایجادی است و محققان می‌کوشند با روش‌های مختلف، با این مشکلات مقابله کنند. در ادامه ایشان یکی از بهترین راه حل‌ها را ریبونوکلئوپروتئین‌ها معرفی کردند و در مورد مزیت‌ها و برتری‌های آن توضیحات کاملی ارائه کردند.

در نهایت ایشان کتاب «ویرایش ژنوم با فناوری کریسپر و کاربردهای آن در علوم زیستی» را برای مطالعه‌ی بیشتر علاقمندان معرفی کردند.

در ادامه در خدمت دکتر خدیجه احمدخان‌بیگی بودیم. ایشان سخنرانی خود را با تاکید بر این موضوع که قدرت در دست کشوران پیشرو در علم است، آغاز کردند. همچنین ادامه دادند که کریسپر و ژن‌درمانی ازجمله این علوم است. امروزه در بسیاری از کشورها ازجمله آمریکا و انگلیس ژن‌درمانی در سلول‌های جنسی که قابلیت انتقال به نسل بعد دارند را امری غیراخلاقی می‌دانند.

ایشان در ادامه افزودند: از آن‌جایی که اسلام دین کاملی است؛ احکام کریسپر نیز از آموزه‌های اسلامی قابل استنباط است. در ادامه فرمودند با توجه به این نکته که حفظ جان انسان در اسلام از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است؛ باید قوانین فقهی و حقوقی آن سریعا تنظیم شود. ایشان بر این باور هستند که برای تنظیم این قوانین دو قدم وجود دارد:

• شناخت موضوع
• شناخت مصلحت‌ها و مفاسد

و سخنان خود را این‌طور به پایان رساندند که ژن‌درمانی می‌تواند ۳۵۰۰ بیماری را درمان کند از مصالح این تکنولوژی است اما مفاسدی هم از جمله جهش‌های ناخواسته و… نیز وجود دارد. لذا باید دید که مصالح ارجع‌تر است یا مفاسد.

ما در ادامه، میزبان دکتر مصطفی قانعی، دبیر ستاد توسعه زیست‌فناوری، معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری بودیم تا کریسپر را از تکنولوژی تا بازار بررسی کنیم‌. به گفته‌ی ایشان، قابلیت‌های اجرایی‌ این تکنولوژی در ایران وجود دارد و حال وقت آن است که به سمت فناوری حرکت کنیم.

اروپا و آمریکای شمالی، بازیگران کلیدی حوزه کریسپر هستند. تمرکز شتاب‌دهنده‌های آمریکا روی تشخیص‌های مولکولی و به‌خصوص آنتی‌باکتریال‌هاست؛ زیرا به اعلام سازمان جهانی بهداشت، خطر مقاومت میکروبی را می‌تواند بیشتر از بمب اتم دانست. تمرکز دانمارک، هلند و اتریش نیز به‌ترتیب بر درمان‌های پزشکی، ارتقای محصولات کشاورزی و طراحی دارو است. ما با نگاه به استارتاپ‌های این حوزه در جهان می‌فهمیم که باید به کدام سمت‌وسو حرکت کنیم.

مشتاقان ورود به حوزه کریسپر بدانند که یک بازار ۵۰۰میلیون‌دلاری برای کیت‌های تشخیصی وجود دارد. امروزه سل‌لاین‌های مهندسی‌شده با کریسپر، به‌شدت در کشور ما حیاتی هستند. ما برای تست‌های بالینی به‌شدت به حیوانات ترانس‌ژنیک نیاز داریم. ایشان ادامه دادند: « در ۲۰۱۹ کل بازار کریسپر حدود ۱میلیارد دلار بود؛ اما پیش‌بینی می‌شود که تا سال ۲۰۲۶ به ۸میلیارد دلار برسد. هیچ حوزه‌ای در بیوتکنولوژی وجود ندارد که در فاصله ۶سال بتواند این مقدار رشد داشته باشد؛ بنابراین غفلت از این حوزه، ما را نیازمند واردات خواهد کرد.» سخنرانی دکتر قانعی با توضیحاتی در رابطه با ستاد توسعه زیست‌فناوری و پتانسیل‌های آن در حمایت از حوزه کریسپر به پایان رسید.

همان‌طور که می‌دانید، این سمپوزیوم با یک کارگاه جانبی رایگان همراه بود. در این کارگاه دوساعته، اصول ویرایش ژنوم و طراحی “sgRNA” توسط دو مدرس و در دو بخش ارائه‌ شد. در ابتدای کار، دکتر اصفهانی کمی درباره اصول و مبانی کریسپر صحبت کردند. ایشان درباره انواع و اقسام روش‌های ویرایش ژنومی توضیح دادند و اشاره کردند که منشا اکثر این روش‌ها، باکتری‌ها هستند.

پس از آشنایی با اجزای یک سیستم کریسپر، روی RNA دقیق‌تر شدیم. این‌ها مقدمه‌ای بود برای بحث اصلی این کارگاه که توسط خانم زینب یوسفی ارائه شد. ایشان ارائه خود را این‌گونه آغاز کردند: « قرار است تمرکز بخش عمده‌ای از کارگاه روی طراحی “guide RNA” باشد. با انجام یک طراحی مناسب، قبل از ورود به آزمایشگاه، می‌توانیم بهترین نتیجه را در شرایط آزمایشگاهی  بگیریم.» آنچه که در ادامه گفته می‌شود، بخشی از مطالب ارائه شده در این کارگاه است‌:

در اولین مرحله، قبل از شروع کار، باید مسیر کار را ترسیم کنیم. باید مشخص شود که برای چه کاری از کریسپر استفاده خواهیم کرد؟

مرحله بعد، انتخاب رده سلولی است.

براساس انتخاب سلول هدف، روش ورود سازه کریسپر به داخل سلول نیز مهم است.

سپس باید طراحی Guide RNA خود را براساس این مسیر مشخص‌شده داشته باشیم.

• مراحل طراحی  (single guide RNA) Guide RNA به این شرح است:

– ابتدا باید به خوبی بر سازه “Guide” اشراف داشته باشیم.

– نکته بعدی لوکیشن طراحی است؛ دانستن اینکه دقیقا Guide را از چه قسمتی انتخاب کنیم.

– در سومین مرحله، باید بدانیم که از چه  توالی‌ای استفاده کنیم؟ “Sense” یا “Anti sense”؟

– درنهایت Guide ما باید بالاترین کیفیت (اختصاصیت) و کمترین آفتارگت را داشته‌باشد.

• نرم‌افزارهای طراحی مرتبط را می‌توان به چنددسته تقسیم کرد:

۱. یک‌سری از ابزارها که طراحی Guide را انجام می‌دهند.

۲. یک‌سری از ابزارها که علاوه‌بر طراحی Guide، پیش‌بینی “off-target”ها را نیز دارند.

۳. ابزارهایی که برای کار “Knock-in” استفاده می‌شوند و علاوه بر طراحی Guide، در طراحی“donor” یا  “prime editing” و… نیز به‌کار می‌روند.

• چند نرم‌افزار مرتبط درمیان محققان شناخته‌شده‌تر هستند مثل:

CHOPCHOP –

CRISPOR –

Synthego Design Tools –

Benchling –

• نرم‌افزارهای نسل جدید (Learningg-based) نیز وجود دارند ازجمله:

CRISPR-off –

CRISPR-on –

inDelphi –

DeepSpCas9 –

یکی دیگر از قسمت‌های خوب این کارگاه، طراحی “sgRNA”  به‌صورت عملیاتی با کمک چند نرم‌افزار مختلف ذکرشده بود تا تمامی مباحث گفته‌شده، در عمل به‌کار گرفته شوند. در انتها نیز مراحل و چگونگی آنالیزهای “CRISPR-Cas” همراه با توضیحات بررسی شد. البته بخش پایانی، به پرسش و پاسخ‌ اختصاص یافت تا شرکت‌کنندگان بتوانند بهترین بهره را از این سمپوزیوم و کارگاه ببرند.

در آخر امیدواریم که بتوان با استفاده از این فناوری، خدمات ارزشمندی به بشریت ارائه کرد و ما بتوانیم در قدم نهادن شما عزیزان در این راه، هرچند ناچیز و کوچیک یاریتان کنیم.

نویسندگان: تارا کماسی، سپیده ماهرانی، پانیذ بهروز، یاسمن علیرضایی

تهیه‌شده در آکادمی ژنتیک ایران

همچنین بخوانید: گزارش اولین‌روز سمپوزیوم کریسپر