الاستخدامات العديدة لتقنية كريسبر: يقول العلماء كل شيء

32


الهواتف الذكية ، الغراء الفائق ، السيارات الكهربائية ، دردشة الفيديو. متى تتلاشى عجائب التكنولوجيا الجديدة؟ عندما تعتاد على وجوده لدرجة أنك لم تعد تفكر فيه؟ عندما يأتي شيء أحدث وأفضل؟ عندما تنسى كيف كانت الأمور من قبل؟

مهما كانت الإجابة ، فإن تقنية تحرير الجينات CRISPR لم تصل إلى هذه النقطة بعد. بعد عشر سنوات جينيفر دودنا وإيمانويل شاربنتييه قدموا لأول مرة اكتشافهم لـ CRISPR ، فقد ظل في قلب المشاريع العلمية الطموحة والمناقشات الأخلاقية المعقدة. يستمر في إنشاء طرق جديدة للاستكشاف وتنشيط الدراسات القديمة. يستخدمه علماء الكيمياء الحيوية ، وكذلك علماء آخرون: علماء الحشرات ، وعلماء القلب ، وعلماء الأورام ، وعلماء الحيوان ، وعلماء النبات.

كاثي مارتن ، عالمة النبات في مركز جون إينيس في نورويتش ، إنجلترا ، وتشارلز كزافييه ، مؤسس فريق X-Men superhero: كلاهما يحب المسوخ.

ولكن في حين أن البروفيسور X لديه ميل للطفرات البشرية الخارقة ، فإن الدكتور مارتن يميل إلى النوع الأحمر والعصير. قالت الدكتورة مارتن عن بحثها الذي يركز على جينومات النباتات على أمل إيجاد طرق لجعل الأطعمة – وخاصة الطماطم في حالتها – أكثر صحة وقوة وأطول دائم.

عندما ظهرت تقنية CRISPR-Cas9 ، عرض عليها أحد زملاء الدكتور مارتن أن يقدم لها طماطم متحولة كهدية. كانت متشككة إلى حد ما ، لكنها قالت له: “أود أن أحصل على طماطم لا تنتج حمض الكلوروجينيك” ، وهي مادة يعتقد أن لها فوائد صحية ؛ الطماطم بدونها لم يتم العثور عليها من قبل. أرادت الدكتورة مارتن إزالة ما اعتقدت أنه التسلسل الجيني الرئيسي ومعرفة ما حدث. سرعان ما كانت هناك طماطم بدون حمض الكلوروجينيك في مختبرها.

بدلاً من البحث عن المسوخ ، أصبح من الممكن الآن إنشائها. قال الدكتور مارتن: “الحصول على تلك الطفرات ، كان فعالًا للغاية ، وكان رائعًا جدًا ، لأنه أعطانا تأكيدًا لكل هذه الفرضيات التي لدينا”.

في الآونة الأخيرة ، استخدم الباحثون في مختبر الدكتور مارتن تقنية كريسبر لإنشاء نبات طماطم يمكن أن يتراكم فيتامين د عند التعرض لأشعة الشمس. يحتوي غرام واحد فقط من الأوراق على 60 ضعف القيمة اليومية الموصى بها للبالغين.

أوضح الدكتور مارتن أنه يمكن استخدام كريسبر عبر مجموعة واسعة من التعديلات الغذائية. يمكن أن يزيل المواد المسببة للحساسية من المكسرات وإنشاء نباتات تستخدم الماء بشكل أكثر كفاءة.

قال الدكتور مارتن: “لا أدعي أن ما فعلناه بفيتامين (د) سيحل أي مشاكل تتعلق بانعدام الأمن الغذائي ، لكنه مجرد مثال جيد. يحب الناس أن يكون لديهم شيء يمكنهم التمسك به ، وهذا موجود. إنه ليس وعدًا “.

الأمراض المعدية

أمضى كريستيان هابي ، عالم الأحياء الذي يدير المركز الأفريقي للتميز في علم جينوم الأمراض المعدية في نيجيريا ، حياته المهنية في تطوير أساليب لاكتشاف واحتواء انتشار الأمراض المعدية التي تنتشر بين البشر من الحيوانات. العديد من الطرق الحالية للقيام بذلك مكلفة وغير دقيقة.

على سبيل المثال ، من أجل إجراء اختبار تفاعل البوليميراز المتسلسل ، أو PCR ، تحتاج إلى “الذهاب لاستخراج الحمض النووي الريبي ، والحصول على آلة تكلفتها 60 ألف دولار وتوظيف شخص مدرب بشكل خاص” ، كما قال الدكتور هابي. إن إجراء هذا النوع من الاختبارات في معظم القرى النائية أمر مكلف وغير معقول من الناحية اللوجستية.

في الآونة الأخيرة ، استخدم الدكتور هابي ومعاونوه تقنية CRISPR-Cas13a (قريب من CRISPR-Cas9) لاكتشاف الأمراض في الجسم عن طريق استهداف التسلسلات الجينية المرتبطة بمسببات الأمراض. كانوا قادرين على تسلسل فيروس SARS-CoV-2 في غضون أسبوعين من وصول الوباء إلى نيجيريا وتطوير اختبار لا يتطلب معدات في الموقع أو فنيين مدربين – مجرد أنبوب للبصاق.

قال الدكتور هابي: “إذا كنت تتحدث عن مستقبل التأهب للوباء ، فهذا ما تتحدث عنه”. “أريد أن تستخدم جدتي هذا في قريتها.”

يعمل الاختبار التشخيصي المستند إلى CRISPR بشكل جيد في الحرارة ، وهو سهل الاستخدام للغاية ويكلف عُشر اختبار PCR القياسي. ومع ذلك ، يقوم مختبر الدكتور هابي بتقييم دقة التكنولوجيا باستمرار ويحاول إقناع القادة في أنظمة الصحة العامة الأفريقية باحتضانها.

ووصف اقتراحهم بأنه “أرخص وأسرع ولا يتطلب معدات ويمكن دفعه إلى أبعد الزوايا في القارة. سيسمح هذا لأفريقيا باحتلال ما أسميه مساحتها الطبيعية “.

مرض وراثي

في البداية كان هناك نوكلياز إصبع الزنك.

كانت هذه هي أداة تعديل الجينات التي استخدمها جانج باو ، مهندس الكيمياء الحيوية في جامعة رايس ، لأول مرة لمحاولة علاج مرض فقر الدم المنجلي ، وهو اضطراب وراثي يتميز بتشوه خلايا الدم الحمراء. استغرق تطوير مختبر الدكتور باو أكثر من عامين ، ومن ثم نجح نوكلياز إصبع الزنك في قطع تسلسل الخلايا المنجلية بنسبة 10 في المائة فقط من الوقت.

استغرقت تقنية أخرى عامين آخرين وكانت أكثر فاعلية بقليل. وبعد ذلك ، في عام 2013 ، بعد وقت قصير من استخدام كريسبر لتعديل الجينات بنجاح في الخلايا الحية ، قام فريق الدكتور باو بتغيير المسار مرة أخرى.

قال الدكتور باو: “من البداية إلى الحصول على بعض النتائج الأولية ، استغرقنا CRISPR لمدة شهر”. نجحت الطريقة في قطع التسلسل المستهدف حوالي 60 بالمائة من الوقت. كان من الأسهل صنعه وأكثر فاعلية. قال: “لقد كان مذهلاً”.

كان التحدي التالي هو تحديد الآثار الجانبية للعملية. بمعنى ، كيف أثرت كريسبر على الجينات التي لم يتم استهدافها عن قصد؟ بعد سلسلة من التجارب على الحيوانات ، كان الدكتور باو مقتنعًا بأن هذه الطريقة ستعمل مع البشر. في عام 2020 وافقت إدارة الغذاء والدواء على تجربة سريريةبقيادة الدكتور ماثيو بورتيوس ومعمله في جامعة ستانفورد ، وهذا مستمر. وهناك أمل أيضًا في أنه مع تنوع استخدامات كريسبر ، يمكن استخدامها لعلاج أمراض وراثية أخرى. في الوقت نفسه ، هناك علاجات أخرى لم تعتمد على التعديل الجيني نجح في الخلايا المنجلية.

لا يزال الدكتور باو ومختبره يحاولون تحديد جميع التأثيرات الثانوية والثالثية لاستخدام تقنية كريسبر. لكن الدكتور باو متفائل بأن علاج التعديل الجيني الآمن والفعال للخلايا المنجلية سيكون متاحًا قريبًا. كيف قريبا؟ قال مبتسماً: “أعتقد أن ثلاث إلى خمس سنوات أخرى”.

طب القلب

من الصعب تغيير قلب شخص ما. وهذا ليس فقط لأننا غالبًا ما نكون عنيدين و عالقين في طرقنا. يولد القلب خلايا جديدة بمعدل أبطأ بكثير من العديد من الأعضاء الأخرى. تعتبر العلاجات الفعالة في أجزاء أخرى من تشريح الإنسان أكثر صعوبة للقلب.

من الصعب أيضًا معرفة ما في قلب شخص ما. حتى عند تسلسل الجينوم بأكمله ، غالبًا ما يكون هناك عدد من الأجزاء التي تظل غامضة للعلماء والأطباء (تسمى المتغيرات ذات الأهمية غير المؤكدة). قد يعاني المريض من مرض في القلب ، ولكن لا توجد طريقة لربطه بجيناته بشكل نهائي. قال الدكتور جوزيف وو ، مدير معهد ستانفورد للقلب والأوعية الدموية: “أنت عالق”. “لذلك عادة ما ننتظر ونخبر المريض أننا لا نعرف ما الذي يحدث.”

ولكن على مدار العامين الماضيين ، استخدم الدكتور وو تقنية كريسبر لمعرفة نوع التأثيرات التي يحدثها وجود وغياب هذه التسلسلات المربكة على خلايا القلب ، والتي تمت محاكاتها في مختبره باستخدام الخلايا الجذعية المستحثة متعددة القدرات المتولدة من الدم. من خلال الاستغناء عن جينات معينة ومراقبة التأثيرات ، تمكن الدكتور وو ومعاونيه من ذلك ارسم الروابط بين الحمض النووي للمرضى وأمراض القلب.

سوف يمر وقت طويل قبل أن يتم علاج هذه الأمراض باستخدام تقنية كريسبر ، لكن التشخيص هو الخطوة الأولى. “أعتقد أن هذا سيكون له تأثير كبير فيما يتعلق بالطب الشخصي” ، قال الدكتور وو ، الذي ذكر أنه وجد ثلاثة متغيرات على الأقل ذات أهمية غير مؤكدة عندما حصل على تسلسل الجينوم الخاص به. “ماذا تعني هذه المتغيرات بالنسبة لي؟”

تستخدم الذرة الرفيعة في الخبز والكحول والحبوب في جميع أنحاء العالم. لكن لم يتم تصميمها تجاريًا بنفس الدرجة مثل القمح أو الذرة ، وعند معالجتها ، غالبًا ما لا تكون لذيذة.

وجدت كارين ماسل ، عالمة التكنولوجيا الحيوية بجامعة كوينزلاند في أستراليا ، مجالًا كبيرًا للتحسين عندما بدأت دراسة النبات لأول مرة في عام 2015. ولأن ملايين الأشخاص يأكلون الذرة الرفيعة في جميع أنحاء العالم ، “إذا أجريت تغييرًا بسيطًا ، يمكنك الحصول على لها تأثير هائل “.

لقد استخدمت هي وزملاؤها تقنية كريسبر لمحاولة جعل الذرة الرفيعة تتحمل الصقيع ، ولجعلها تتحمل الحرارة ، وإطالة فترة نموها ، ولتغيير هيكل جذرها – “نستخدم التحرير الجيني في جميع المجالات” ، على حد قولها.

لا يمكن أن يؤدي ذلك إلى المزيد من الحبوب اللذيذة والصحية فحسب ، بل قد يؤدي أيضًا إلى جعل النباتات أكثر مقاومة لتغير المناخقالت. ولكن ما زالت مهمة تعديل جينومات المحاصيل بدقة باستخدام تقنية كريسبر ليست مهمة سهلة.

قال الدكتور ماسل: “نصف الجينات التي أزلناها ، ليس لدينا أي فكرة عما تفعله”. “في المرة الثانية التي نحاول فيها الوصول إلى هناك ولعب دور الله ، ندرك أننا بعيدون قليلاً عن أعماقنا.” ولكن باستخدام تقنية كريسبر جنبًا إلى جنب مع تقنيات التربية التقليدية ، فإن الدكتور ماسل متفائل ، على الرغم من كونه متشائمًا موصوفًا ذاتيًا. وتأمل أن يؤدي المزيد من التقدم إلى تسويق الأطعمة المعدلة جينيًا ، مما يجعلها أكثر سهولة ومقبولة.

في عام 2012 ، كانت فتاة تبلغ من العمر 6 سنوات تعاني من سرطان الدم الليمفاوي الحاد. لم ينجح العلاج الكيميائي ، وكانت الحالة متقدمة جدًا بالنسبة لعملية زرع نخاع العظم. لا يبدو أن هناك أي خيارات أخرى ، وطلب أطباء الفتاة من والديها العودة إلى المنزل.

وبدلاً من ذلك ، ذهبوا إلى مستشفى الأطفال في فيلادلفيا ، حيث استخدم الأطباء علاجًا تجريبيًا يسمى مستقبلات المستضد الخيمري (CAR) T-cell لتحريك خلايا الدم البيضاء للفتاة ضد السرطان. بعد عشر سنوات ، الفتاة خالية من السرطان.

منذ ذلك الحين ، يعمل الدكتور كارل جون ، الأستاذ الطبي في جامعة بنسلفانيا الذي ساعد في تطوير العلاج بالخلايا التائية CAR T ، ومعاونيه ، بما في ذلك الدكتور Ed Stadtmauer ، أخصائي أمراض الدم والأورام في Penn Medicine ، على تحسينه. يتضمن ذلك استخدام كريسبر ، وهي الأداة الأبسط والأكثر دقة لتحرير الخلايا التائية خارج الجسم. قال الدكتور شتادماور ، المتخصص في التعامل مع أنواع مختلفة من سرطانات الدم والجهاز الليمفاوي ، “لقد شهد العقد الماضي أو نحو ذلك ثورة في علاج هذه الأمراض. لقد كانت مجزية ومثيرة “.

على مدار العامين الماضيين ، ساعد الدكتور شتاتماور في تشغيل برنامج تجربة سريرية حيث تم إدخال الخلايا التائية التي خضعت لعملية تعديل CRISPR كبيرة في المرضى المصابين بسرطانات مقاومة للعلاج. كانت النتائج واعدة.

قال الدكتور شتادماور: “المرضى الذين كانت توقعاتهم سيئة للغاية يتحسن حالهم الآن ، وبعضهم يتعافون”. استمر في مراقبة المرضى ، ووجد أن الخلايا التائية المعدلة لا تزال موجودة في الدم ، وعلى استعداد لمهاجمة الخلايا السرطانية في حالة الانتكاس.

الفائدة الحقيقية هي أن العلماء يعرفون الآن أن العلاجات بمساعدة كريسبر ممكنة.

قال الدكتور شتادماور: “على الرغم من أنه نوع من الخيال العلمي والكيمياء الحيوية والعلوم ، فإن الحقيقة هي أن هذا المجال قد تحرك بشكل هائل”. وأضاف أنه كان أقل حماسًا للعلم من مدى فائدة تقنية كريسبر. قال: “كل يوم أرى ربما 15 مريضاً يحتاجونني”. “هذا ما يحفزني.”



Source link

المادة السابقةتغيير الاسم الأخير للأمير لويس في تقليد ملكي نادر: التفاصيل
المقالة القادمةتم حظر تفويض بايدن للقاح للعمال الفيدراليين بينما تعيد محكمة الاستئناف النظر في حكمها