أداة تحرير الجينات كريسبر تفوز بجائزة نوبل في الكيمياء

مقدمة

تحدثنا في مقالات سابقة عن تقنية تحرير الجينات كريسبر، و هاهي اليوم تحصد جائزة نوبل !

تحويل آلية الدفاع البكتيري إلى واحدة من أقوى الأدوات في علم الوراثة كان السبب في حصول كل من جينيفر دودنا وإيمانويل شاربنتير على جائزة نوبل في الكيمياء. عمل العالمان على تطوير “المقص الجزيئي” كريسبر منذ ثماني سنوات فقط.

في إفادة لعضو في لجنة نوبل للكيمياء، في مؤتمر صحفي: إن جائزة المقص الجيني، المسماة كريسبر- كاس9، هي “جائزة رائعة”. “لقد أحدثت القدرة على قطع الحمض النووي حيثما تريد ثورة في علوم الحياة. يمكننا الآن بسهولة تعديل الجينوم حسب الرغبة – وهو شيء كان صعبًا أو مستحيلًا من قبل “.

قال جوستافسون، رئيس لجنة نوبل، في مؤتمرصحفي: “هذه القوة الهائلة لهذه التكنولوجيا تعني أننا بحاجة إلى استخدامها بحذر شديد”. “ولكن من الواضح أيضًا أن هذه تقنية . ستوفر للبشرية فرصًا رائعة.”

“تم اكتشاف المقص الجيني قبل ثماني سنوات فقط، ولكنه أفاد البشرية بالفعل بشكل كبير”. “الخيال فقط هو الذي يضع الحدود لما يمكن أن تستخدم من أجله هذه الأداة الكيميائية في المستقبل. ربما سيتحقق حلم علاج الأمراض الوراثية “. كما أفاد عضو لجنة التحكيم، لكنه أضاف لاحقاً أن الأخلاق والقانون مهمان أيضًا لتحديد ما يمكن وما يجب فعله باستخدام الأداة، حيث أن بعض عمليات تحرير الجينات البشرية مثيرة للجدل .

في السابق فازت خمس نساء فقط بجائزة نوبل في الكيمياء. تعد هذه رسالة إيجابية للفتيات اللواتي يردن خوض العلم . ستقتسم الاثنان جوائز مالية قدرها 10 ملايين كرونة سويدية، أي حوالي 1.1 مليون دولار.

تم استخدام الأداة، -وهي مقص جزيئي -قابل للبرمجة معرف باسم كريسبر- كاس9، بواسطة البكتيريا والعتيقات منذ ملايين إلى مليارات السنين لمحاربة الفيروسات والدفاع عن نفسها .

نبذة تحرير الجينات كريسبر

اسم كرسبر بالإنجليزية يرمز إلى تكرارات عنقودية قصيرة ومتباعدة بشكل منتظم. في جوهرها، هذه الأجزاء القصيرة والمتكررةهي نسخة الحمض النووي من البكتيريا لأكثرالكئنات المطلوبة – الفيروسات المغيرة. في كل مرة تصادف البكتيريا فيروسًا، فإنها تأخذ حفنة من الحمض النووي وتضعه بين التكرارات. ثم في المرة التالية التي تواجه فيها البكتيريا هذا الفيروس، فإنها تصنع نسخًا من الحمض النووي الريبي . ثم تتعاون نسخ الحمض النووي الريبي هذه مع جزء آخرى من الحمض النووي الريبي و الذي يُعرف باسم CRISPR RNA المتحول أو المنشط. أو tracrRNA. تعد هذه الخطوة مهمة لتشكيل نشرة من جميع النقاط تعرف باسم دليل الحمض النووي الريبي. عندها يدل الحمض النووي الريبي الدليلي إنزيمات قطع الحمض النووي Cas9 على الفيروس، حيث يقوم الإنزيم بتقطيع الفيروس و التخلص من تهديده.

تتذكر الباحثتان لقاءهما في عام 2011 في مؤتمر في بورتوريكو. تقول دودنا : “تجولنا في المدينة وتحدثنا عن كريسبر- كاس9 “. قرر بعد هذا اللقاء العلماء أن يتعاونوا معًا لدراسة نظام الدفاع البكتيري وانتهى بهم الأمر بتحويله إلى محرر جيني.

كان ابتكارهم هو دمج الحمض النووي الريبي في الحمض النووي الريبي المنشط، مما يؤدي إلى إنشاء حمض نووي ريبي جديد بدليل واحد. وأدرك الباحثون أن هذه الصور المدمجة لا يجب أن تكون صورًا جزيئية للفيروسات. بدلاً من ذلك، يمكن استبدالها بالجين و توجيه Cas9 لقص هذا الجين – أو أي جين، حقًا.

المقص الجزيئي

تعد كريسبر- كاس9 أداة تحرير جيني مكونة من جزئين تتكون من دليل الحمض النووي الريبي وإنزيم- Cas 9، الذي يقطع الحمض النووي. يجلب الحمض النووي الريبي الإرشادي الإنزيم إلى نقطة معينة في الحمض النووي للكائن الحي الذي يرغب الباحثون في قطعه (التسلسل المستهدف في هذا الرسم البياني). البقعة تطابق كيميائياً الحمض النووي الريبي. بمجرد نقله إلى المكان الصحيح، يقوم Cas9 بقص الحمض النووي.

يقول ديفيد ليو،الباحث في معهد هوارد هيوز الطبي بجامعة هارفارد: “تم الاستشهاد بالورقة البحثية الأساسية التي نشروها معًا أكثر من 9500 مرة. بمعدل مرة كل ثماني ساعات تقريبًا منذ نشرها في عام 2012”. قام ليو وآخرون بتعديل نظام كريسبر الأصلي بحيث يمكن للباحثين استخدامه بعدة طرق.

كان العلماء يتوقعون الفوزبجائزة نوبل. على الرغم من أن الفترة من الاكتشاف إلى نوبل عادة ما تكون أطول بكثير، إلا أن جائزة كريسبر “طال انتظارها”، حسب قول العلماء الآخرين.

تعد تقنية كريسبر واعدة جداً و قادرة على فعل أشياء عظيمة.خلال السنوات الثمانية الماضية كان هناك الكثير من الأبحاث المستندة إلى تقنية كرسيبر.

ساهم العمل المستمر في رؤية جديدة للتطور والآليات الكامنة وراء كيفية عمل النظام البكتيري. عملت دودنا على تحديد هيكل ووظيفة إنزيم كاس-9 ووضع الأساس لتحسين دقة وكفاءة تحرير الجينات.

تطبيقات أخرى

أخذ العديد من الباحثين الآن هذه المقصات الجينية إلى الخطوة التالية، باستخدام كريسبر / كاس 9 لقطع وتحرير الجينات في الخلايا البشرية. يهتم العلماء بمدى رخص تكلفة تقنية كريسبر وتنوعها وسهولة استخدامها. استخدمه الباحثون لتعديل الجينات في مجموعة متنوعة من الحيوانات، بما في ذلك الكلاب، والفئران، والفراشات والبعوض.

تم استخدام الأداة أيضًا لتشفير البيانات وتخزين الأفلام في الحمض النووي البكتيري. حصلت النباتات والفطريات على علاج كريسبر أيضًا. وقد تم استخدام محرر الجينات لإعادة برمجة الخلايا المناعية البشرية لمحاربة السرطان وتحويل الخلايا السرطانية ضد بعضها البعض .

مع القوة العظيمة لـكرسبر يأتي جدل كبيرٌّكما حذرت دودنا في كتابها لعام 2017 والذي أسمته A Crack in Creation ( خلل في الخلق). بينما يمكن استخدام محرر الجينات للقضاء على الفيروسات ومنع البعوض من حمل الأمراض. إلا أنه قد يؤدي أيضًا إلى انقراض أنواع بأكملها أو خلق كوارث بيئية. لقد قضى العلماء بالفعل على مجموعات صغيرة من البعوض في المختبر باستخدام آلة النسخ الجزيئي المعتمدة على كريسبر والمعروفة باسم محرك الجينات.

أكثر التطبيقات إثارة للجدل هو أن عالمًا في الصين قام بتعديل الجينات في الأجنة البشرية. قام العالم بإنتاج توأمًا في عام 2018. كان رد الفعل العنيف ضد أفعاله سريعًا وصريحًا. لكن يخشى الكثير من الناس أن الباب مفتوح بالفعل “للأطفال المصممين”، وغيرها من الانتهاكات .

استخدامات واعدة

ولحسن الحظ، بدأت التجارب السريرية التي تختبر قدرةكريسبر / كاس 9 على علاج السرطان ومرض فقر الدم المنجلي وثلاسيميا بيتا والعمى الوراثي في ​​عام 2019. في حالة نجاحها، قد توفرالتقنية علاجات لحالات وراثية لم يكن من الممكن علاجها سابقًا.

لعبت كريسبر أيضًا دورًا في جائحة الفيروس التاج ، من خلال الاختبارات التشخيصية المستندة إلى كريسبر لـ كوفيد-19 والعلاجات قيد التطوير.

عندما تلقت شاربنتير نبأ حصولها على جائزة نوبل، قالت في مؤتمر صحفي في برلين : “كنت عاطفية للغاية”. “من الممكن أن تخبر نفسك عدة مرات يومياً أنه ربما في يوم من الأيام ستحصل على جائزة نوبل، لكن شيء آخر عندما يحدث ذلك.”

تأمل شاربنتير في أن تقدم الجائزة رسالة إلى الجمهور بأن “البحث الأساسي أمر بالغ الأهمية”. وقالت إن كريسبر / كاس 9 “مثال رائع لاكتشاف له تأثير كبير في علوم الحياة، في البحث والتطوير، وأيضًا في التكنولوجيا الحيوية وإنتاج الغذاء، كما في الطب”.

دودنا وشاربنتييه هما المرأتان الوحيدتان اللتان تشتركان في جائزة نوبل الكيمياء. العالمتان فخورتان جداً بإنجازهما و تعتبرانه نصراً لجميع العالمات من الإناث. كما تأمل العالمتان أن تكون هذه خطوة في الاتجاه الصحيح.

تكريم علماء مساهمين

كما تم تكريم عالمين آخرين، هما رودولف بارانجو من جامعة ولاية كارولينا الشمالية في رالي وفيليب هورفاث من دوبونت للتغذية والعلوم الحيوية في فرنسا، لاكتشافات تتعلق بكريسبر. اكتشف الثنائي الدور الطبيعي لـكريسبر كجهاز مناعي بكتيري أثناء العمل مع بكتيريا الزبادي في شركات الألبان.