یک مطالعه نشان می‌دهد که CRISPR-Nickase، که تنها یک آلل از یک ژن را تغییر می‌دهد، کارایی ویرایش ژن را در مقایسه با CRISPR-Cas9 بهبود می‌بخشد.

CRISPR-Cas9 زیست شناسی و مراقبت های بهداشتی را متحول کرد. این سیستم دفاع ایمنی باکتریایی را برای ویرایش دقیق ژنوم ربوده است. اما روش کامل نیست. می تواند توالی های DNA ناخواسته را وارد کند، بخش ها را به طور کامل حذف کند و به اشتباه ژن های غیر هدف را جهش دهد.

تحقیقات منتشر شده در Science Advances امروز (اول ژوئیه) گزارش می دهد که یک جایگزین "کریسپر نرم" به نام CRISPR-Nickase می تواند به طور موثر و ایمن DNA را ویرایش کند.

CRISPR-Nickase از این واقعیت استفاده می کند که انسان ها دو نسخه از هر ژن دارند - یکی از هر والدین. Cas9، قیچی مولکولی که ژن‌های هدف را جدا می‌کند، دو مکان فعال دارد که هر نسخه را جدا می‌کند. Nickase یک جهش یافته از Cas9 است که یک سایت غیرفعال شده است، بنابراین فقط یکی را کلیپ می کند.

برش های منفرد زمانی مفید هستند که تنها یک نسخه از ژن معیوب باشد، که یک اتفاق رایج در بسیاری از اختلالات ژنتیکی است. CRISPR-Nickase می‌تواند کپی معیوب را حذف کند و دستگاه تعمیر DNA سلول می‌تواند نسخه معمولی را در جای خود کپی کند. اتان بیر، زیست‌شناس رشدی در دانشگاه کالیفرنیا، می‌گوید: این با CRISPR-Cas9 سنتی متفاوت است، جایی که یک الگوی آزمایشی DNA برای ترمیم آسیب شکستگی دو رشته‌ای مورد نیاز است - فرآیندی که می‌تواند مستعد خطا باشد. ، سن دیگو.

با این حال، ترمیم شکاف ها در سلول ها امری عادی است. هر بار که یک ژن کپی یا بیان می‌شود، سلول DNA را برای باز کردن آن جدا می‌کند و برای تراکم مجدد آن را ترمیم می‌کند. بیر که دو شرکت را بر اساس ویرایش ژن CRISPR تأسیس کرده است، می گوید: «این هزاران و هزاران بار در روز اتفاق می افتد: Synbal Inc. که حیوانات تحقیقاتی تولید می کند و Agragene که برنامه های کاربردی کنترل آفات را توسعه می دهد.

از آنجایی که سلول ها به طور طبیعی شکاف ها را ترمیم می کنند، محققان این فرضیه را مطرح کردند که CRISPR-Nickase می تواند راهی کارآمد برای ویرایش تک نسخه های یک ژن باشد. در تحقیقاتی که توسط دانشمندان دیگر منتشر شد، Nickase در اسپرم مگس میوه و تخمک‌ها که فقط یک نسخه از هر ژن را حمل می‌کنند، امیدوارکننده بود. این مطالعه نشان می‌دهد که می‌تواند در سلول‌های سوماتیک که حامل دو سلول هستند نیز کار کند.

این تیم تکنیک جدید CRISPR را با استفاده از آن برای تغییر رنگ چشم در مگس میوه آزمایش کردند. ژنی که آنها زمانی که کار می‌کرد، قرمزی چشم‌ها را کد می‌کرد، اما مگس‌های جهش یافته آزمایشگاهی که آنها مهندسی کردند، دو نسخه معیوب داشتند که در عوض رنگ چشم سفید را کد می‌کردند.

آن کپی ها در محل وقوع جهش متفاوت بودند. کپی مادر در سایت یک کاربردی بود اما در سایت دو جهش یافت، در حالی که کپی پدر در سایت دو کاربردی بود و در سایت یک جهش یافت. محققان CRISPR-Nickase را ابداع کردند تا DNA را در محل جهش یافته پدری 1 کنده و آن را با کپی عملکردی آن محل از ژن مادر جایگزین کنند. سپس کپی پدری تعمیر شده برای تولید رنگدانه های قرمز چشم کد می کند و رنگ طبیعی چشم را بازیابی می کند. هر چشم موزاییکی از قرمز و سفید بود که قرمز نشان دهنده ویرایش موفق ژن بود.

محققان رویکرد اصلاح‌شده را در برابر CRISPR-Cas9 سنتی آزمایش کردند و دریافتند که Nickase با جهش و مرزها بهتر از Cas9 عمل می‌کند. در مگس های ویرایش شده توسط CRISPR-Cas9، به طور متوسط ​​20 تا 30 درصد از چشم هر مگس قرمز می شد، اما CRISPR-Nickase 50 تا 70 درصد درصد موفقیت داشت.

آنابل گیچارد، یکی از نویسندگان این مطالعه، محقق کریسپر در دانشگاه کالیفرنیا، سن دیگو، می گوید وقتی برای اولین بار به چشمان قرمز نافذ مگس های ویرایش شده خیره شد، شگفت زده شد. او می‌گوید: «آن لحظه شگفت‌انگیز و جادویی بود.

بیر می‌گوید: «تا جایی که می‌توانید تمیز کنید». برای برنامه‌ای که می‌خواهید از آن برای ژن درمانی استفاده کنید، این دقیقاً همان چیزی است که می‌خواهید. بدون جهش خارج از هدف و بدون جهش در هدف."

میزان حداقل جهش به ویژه ویویان ویگلیوتی را که در مورد خدمات بهداشتی و نیازهای بهداشت عمومی در سیستم بهداشتی Yale New Haven تحقیق می‌کند و در این مطالعه مشارکت نداشت، هیجان زده می‌کند. ویگلیوتی، که در مورد برنامه های کاربردی مراقبت های بهداشتی CRISPR منتشر کرده است، می گوید: "من فکر می کنم فوق العاده است." "این واقعاً همان چیزی است که ما به دنبال آن هستیم."

بن ایون-کامپن، زیست شناس رشدی که CRISPR را در دانشکده پزشکی هاروارد مطالعه می کند، می گوید که ظهور CRISPR-Cas9 "مانند انفجار کامبرین از تکنیک های جدید" بود که اکتشافات جدید را تسهیل کرد و کاربردهای بالقوه را ایجاد کرد. او می‌گوید که کارایی CRISPR-Nickase جدیدترین «یافته شگفت‌انگیز» بود که از تکامل سریع CRISPR-Cas9 به دست آمد.

از آنجایی که CRISPR-Nickase در سلول‌های بالغ کار می‌کند، نویسندگان مطالعه می‌گویند که ممکن است روزی برای درمان بیماری‌های ژنتیکی مفید باشد، به‌ویژه بیماری‌هایی مانند هانتینگتون یا سرطان‌های خاصی که یک نسخه بد می‌تواند باعث بیماری شود. اگر نسخه دیگر کاربردی باشد، CRISPR-Nickase می تواند نسخه بیمار را با نسخه سالم جایگزین کند.

ویگلیوتی می گوید: «این درها را برای CRISPR و جنبه های شگفت انگیز امیدوارکننده ای که ما به عنوان محقق به دنبال آن بوده ایم باز می کند.

این تکنیک قبل از اینکه روی انسان آزمایش شود و شاید به کلینیک راه پیدا کند باید در پستانداران تایید شود. بیر می‌گوید که تقریباً مطمئناً در مگس‌ها بهتر از پستانداران عمل می‌کند، زیرا کروموزوم‌های مگس‌ها به‌گونه‌ای همسو می‌شوند که DNA الگو در نزدیکی محل ترمیم قرار دارد، اما سلول‌های پستانداران چندان سازمان‌یافته نیستند.

با این حال، اگر محققان بتوانند این روش را در پستانداران بهینه کنند، کاربردها می تواند گسترده باشد. محموله مولکولی حامل فناوری CRISPR-Nickase می‌تواند به طور بالقوه به مناطقی از بدن که دسترسی به آن سخت است مانند کبد و شبکیه منتقل شود.

بیر می‌گوید: «سخت است که بگوییم [برنامه‌ها چه هستند] بدون اینکه بدانیم این سیستم‌ها چقدر کارآمد خواهند بود. اما من فکر می‌کنم شما می‌خواهید به تکه‌هایی از بدن برسید که تعمیر آنها به روش دیگری دشوار است.»