کریسپر چیست؟

شاید در طول سال‌های اخیر واژه‌ی کریسپر را در میان خبرهای پزشکی و به طور خاص خبرهای ژنتیک پزشکی شنیده باشید، اما کریسپر چیست؟ در ادامه با ما همراه باشید تا با این فناوری ژنتیکی آشنا شویم (پیشنهاد می‌کنیم پیش از خواندن ادامه مقاله، مطلبی که در گذشته در مورد ماده ژنتیکی DNA منتشر کرده‌ایم را مطالعه فرمایید).

کریسپر چیست؟

کریسپر (CRISPR) مخفف حروف ابتدای عبارت Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (تناوب‌های کوتاه پالیندروم فاصله‌دار منظم خوشه‌ای) است که به یک سیستم دفاعی باکتریایی اشاره می‌کند که در حقیقت اساس فناوری ویرایش ژنتیک کریسپر-کَس9 را شکل داده است.

در زمینه مهندسی ژنتیک اغلب از واژه‌های کریسپر و کریسپر-کَس9 برای اشاره به سیستم‌های مختلف کریسپر-کَس9 (CRISPR-Cas9)، کریسپر/سی‌پی‌اف1 (CRISPR/Cpf1) و سایر سیستم‌هایی که می‌توانند بخش‌های خاصی از کد ژنتیکی را مورد هدف، شناسایی و یا ویرایش قرار دهند، استفاده می‌شود. با استفاده از این سیستم‌ها محققان می‌توانند ژن‌ها را درون سلول‌ها و ارگانیسم‌های زنده ویرایش کنند، و در آینده ممکن از است بتوانند به اصلاح جهش‌های نقطه‌ای درون ژنوم انسان و درمان بسیاری از بیماری‌های ژنتیکی بپردازند.

از سایر سیستم‌هایی که امروزه در دسترس هستند می‌توان به کریسپر-کَس13 اشاره کرد که می‌تواند ماده ژنتیکی RNA را مورد هدف و شناسایی قرار دهد.

کریسپر از کجا آمد؟

کریسپر اولین بار در آرکئا (و بعد در باکتری‌ها) توسط توسط فرانسیسکو موجیکا، دانشمند دانشگاه آلیکانته اسپانیا کشف شد. موجیکا مطرح کرد که کریسپرها به عنوان بخشی از سیستم دفاعی باکتریایی در برابر ویروس‌های مهاجم، نقش دفاعی را بازی می‌کنند. کریسپرها از توالی‌های تکراری کد ژنتیکی تشکیل شده‌اند که توسط توالی‌های جداکننده (باقی‌مانده کد ژنتیکی مهاجم‌های گذشته) از یک‌دیگر جدا شده‌اند. این سیستم به عنوان یک حافظه ژنتیکی عمل می‌کند و به سلول کمک می‌کند تا در هنگام بازگشت مهاجم‌ها، آن‌ها را شناسایی کند و از بین ببرد. نظریه کوجیما در سال 2007 توسط تیمی به رهبری فیلیپ هوروات به طور آزمایشی به اثبات رسید.

در ژانویه سال 2013، آزمایشگاه ژانگ اولین روش مهندسی کریسپر برای ویرایش ژنوم سلول‌های موش و انسان را منتشر کرد. در ادامه بسیاری از دانشمندان و تیم‌های تحقیقاتی بر روی توسعه سیستم کریسپر به عنوان سیستمی برای ویرایش کدهای ژنتیکی، کار کردند.

کریسپر چگونه کار می‌کند؟

توالی‌های جداکننده کریسپر به توالی‌های کوتاهی از RNA رونویسی می‌شوند و این توالی‌های RNA می‌توانند سیستم را به سمت یافتن توالی‌های هم‌خوان DNA (توالی‌های DNA که با توالی‌های کوتاه RNA هم‌خوانی دارند) هدایت کنند. هنگامی که توالی هدف در DNA شناسایی می‌شود، کَس9 (یکی از آنزیم‌هایی که توسط سیستم کریسپر تولید می‌شود) به توالی هدف در DNA متصل می‌شود و آن را جدا می‌کند و ژن مورد نظر خاموش می‌شود. با استفاده از نسخه‌های اصلاح‌شده کَس9، محققان می‌توانند به جای برش دادن توالی خاص در DNA، بیان ژن مورد نظر را فعال کنند. این روش‌ها هم‌چنین به محققان اجازه می‌دهد تا به بررسی و مطالعه عملکرد ژن‌ها بپردازند.

تحقیق‌های جدید نشان می‌دهد که می‌توان از کریسپر-کَس9 برای هدف قرار دادن ژن‌های خاص و اصلاح خطاها ژنتیکی و درمان بیماری‌های ژنتیکی، بهره برد.

کریسپر-کَس9 در مقایسه با سایر ابزارهای ویرایش ژنوم، چگونه است؟

نشان داده شده است که کریسپر-کَس9 در مقایسه با سایر ابزارهای ویرایش ژنوم، گزینه‌ای موثر و قابل تنظیم است. از آن‌جایی که کریسپر-کَس9 خود می‌تواند رشته‌های DNA را از یک‌دیگر جدا کنند، نیازی نیست که برای انجام دادن کار خود با سایر آنزیم‌های جداکننده هماهنگ شود (اتفاقی که در سایر روش‌های ویرایش ژنوم رخ می‌دهد).

کریسپرها هم‌چنین می‌توانند به راحتی با توالی‌های RNAای که به صورت سفارشی و برای شناسایی توالی‌های خاصی از DNA ساخته شده‌اند، هم‌خوان شوند. تاکنون ده‌ها هزار توالی RNA سفارشی ساخته شده است و در دسترس جامعه محقق قرار گرفته است. کریسپر-کَس9 می‌تواند به طور هم‌زمان چندین ژن را هدف قرار دهد (این مزیت دیگری است که این سیستم را از سایر ابزارهای ویرایش ژنوم متمایز می‌کند)

تفاوت کریسپر-کَس9 با کریسپر/سی‌پی‌اف1 چیست؟

کریسپر/سی‌پی‌اف1 چند تفاوت اساسی با کریسپر-کَس9 دارد. ابتدا این‌که آنزیم برش‌دهنده DNA در کریسپر-کَس9 از دو RNA کوچک تشکیل شده است که هر دو برای فعالیت برش مورد نیاز هستند، در مقابل کریسپر/سی‌پی‌اف1 تنها به یک RNA برای برش دادن DNA نیاز دارد. آنزیم برش‌دهنده کریسپر/سی‌پی‌اف1 هم‌چنین کوچک‌تر از آنزیم برش‌دهنده کریسپر-کَس9 که این موضوع انتقال آن به سلول و بافت را ساده‌تر می‌کند.

دوم و شاید مهم‌تر، کریسپر/سی‌پی‌اف1 به روش متفاوتی نسبت به کریسپر-کَس9 DNA را برش می‌دهد. کریسپر-کَس9 هنگامی‌که DNA را برش می‌دهد، هر دو رشته را در مکانی مشابه قطع می‌کند و انتهایی صاف را در دو طرف به جای می‌گذارد که اغلب با اتصال این دو انتها به یک‌دیگر، جهش رخ می‌دهد. در مقابل کریسپر/سی‌پی‌اف1 برش را در قسمت‌های مختلفی از هر رشته در ساختار دو رشته‌ای DNA ایجاد می‌کند و برجستگی‌های کوتاهی را در هر دو طرف به جای می‌گذارد. این موضوع هم‌چنین کمک می‌کند که در روش کریسپر/سی‌پی‌اف1 بتوان قطعه‌های DNA را با کارایی و دقت بیشتری ادغام کرد.

سوم این‌که کریسپر/سی‌پی‌اف1 برش‌ها را در محلی دورتر از توالی DNA مورد نظر ایجاد می‌کند، در نتیجه حتی اگر توالی مورد نظر برش خورده در محل برش دچار جهش شود، می‌توان برش جدیدی بر روی آن زد و امکان چندین فرصت برای ویرایش را فراهم می‌کند.

چهارم، سیستم کریسپر/سی‌پی‌اف1 انعطاف‌پذیری جدیدی را در انتخاب محل‌های هدف فراهم می‌کند. هم‌چون کریسپر-کَس9، کریسپر/سی‌پی‌اف1 ابتدا باید به یک توالی کوتاه که تحت عنوان PAM (Protospacer Adjacent Motif) شناخته می‌شود، متصل شود و اهدافی باید انتخاب شوند که در مجاورت توالی PAM قرار گرفته‌اند. کریسپر/سی‌پی‌اف1 توالی PAM را با روشی بسیار متفاوت نسبت به کریسپر-کَس9 شناسایی می‌کند و این می‌تواند یک مزیت در هدف قرار دادن توالی‌های خاص باشد.

کریسپر جز ویرایش ژنوم، چه کاربردهای علمی دیگری می‌تواند داشته باشد؟

سیستم کریسپر به دانشمندان اجازه می‌دهد تا به سرعت مدل‌های حیوانی و انسانی مختلفی را ایجاد کنند و از آن‌ها برای تسریع روند تحقیق‌های خود در مورد بیماری‌های خاص استفاده کنند. علاوه‌بر این، کریسپر امروزه به عنوان یک روش تشخیصی سریع، در حال توسعه است.