علوم القطيف مقالات علمية في شتى المجالات العلمية
New prime editing system inserts entire genes in human cells
(Allessandra Dicorato – اليساندرا ديكوراتو)
ملخص المقالة:
طور الباحثون في معهد “برود” (Broad Institute) التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) وجامعة هارفارد نسخة جديدة من التحرير الرئيسي (التحرير النووي المزدوج) يمكنها تثبيت أو تبديل تسلسل الحمض النووي بحجم الجينات. وقد تم تطوير التحرير الرئيسي لأول مرة في عام 2019، وهو طريقة دقيقة لإجراء مجموعة واسعة من التعديلات الجينية في الخلايا البشرية، بما في ذلك الابدالات الصغيرة والإدراج والحذف. وتقوم هذه التقنية بإجراء تعديلين رئيسيين متجاورين لتقديم تسلسلات أكبر من الحمض النووي في مواقع محددة في الجينوم مع عدد قليل من المنتجات الثانوية غير المرغوب فيها. ويمكن استخدام التقنية كشكل جديد من أشكال العلاج الجيني لإدخال الجينات العلاجية بطريقة آمنة ومستهدفة للغاية لتحل محل الجينات المتحورة أو المفقودة.
( المقالة )
طور الباحثون في معهد “برود” وتعني بالعربية الواسع (Broad Institute) التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) وجامعة هارفارد نسخة جديدة من التحرير الرئيسي يمكنها تثبيت أو تبديل تسلسل الحمض النووي بحجم الجينات. وقد تم تطوير التحرير الرئيسي لأول مرة في عام 2019، وهو طريقة دقيقة لإجراء مجموعة واسعة من التعديلات الجينية في الخلايا البشرية، بما في ذلك الابدالات الصغيرة والإدراج والحذف.
وفي دراسة نشرت في العاشر من ديسمبر 2021 في مجلة “التقنية الحيوية للطبيعة” (Nature Biotechnology)، يصف الفريقُ التحريرَ الأولي المزدوج (twinPE)، وهي تقنية تقوم بإجراء تعديلين رئيسيين متجاورين لتقديم تسلسلات أكبر من الحمض النووي في مواقع محددة في الجينوم مع عدد قليل من المنتجات الثانوية غير المرغوب فيها. ومع مزيد من التطوير، يمكن استخدام التقنية كشكل جديد من أشكال العلاج الجيني لإدخال الجينات العلاجية بطريقة آمنة ومستهدفة للغاية لتحل محل الجينات المتحورة أو المفقودة.
وأظهر الباحثون الإمكانات العلاجية للتحرير الأولي المزدوج من خلال تحرير جين مرتبط بمتلازمة هنتر [١]، وهو اضطراب وراثي نادر في الخلايا البشرية. ويحدث هذا المرض بسبب انعكاس امتداد طويل محدد لـ 40,000 زوجًا أساسيًا من الحمض النووي. واستخدم الفريق التحرير الأولي المزدوج لإدخال انعكاس بطول مماثل في نفس الموقع في الجينوم، موضحًا كيف يمكن استخدام الطريقة لتصحيح الطفرة المسببة للمرض. واستخدم الفريق أيضا التحرير الأولي المزدوج لإدخال حمولة الحمض النووي بحجم الجينات بدقة لآلاف الأزواج الأساسية في المواقع ذات الصلة العلاجية في الجينوم.
ويتناول النهج قيدا على نظام التحرير الرئيسي الأصلي، والذي يمكنه تحرير عدة عشرات من الأزواج الأساسية فقط. ومع ذلك، قد تتطلب دراسة أو علاج بعض الأمراض الوراثية تعديلات أكبر. ومثل طريقة التحرير الرئيسية الأصلية، لا يقطع التحرير الأولي المزدوج أيضا الحلزون المزدوج للحمض النووي تماما عن طريق قطع كلا الخيطين في وقت واحد في نفس الموقع، مما قد يؤدي إلى نتائج تحرير سيئة التحكم وتشوهات الكروموسومات الضارة.
“إدخال جين صحي في مريض في موقع من اختيارنا دون توليد فواصل مزدوجة وخلائط من المنتجات الثانوية أحد التحديات الطويلة الأمد في تحرير الجينات”، كما ذكر البروفيسور ديفيد ليو، كبير مؤلفي الدراسة، وأستاذ كرسي ‘ريتشارد ميركين’ البحثي ومدير معهد ‘ميركين’ للتقنيات التحويلية في الرعاية الصحية في معهد ‘برود’، وأستاذ في جامعة هارفارد، ومحقق في معهد ‘هوارد هيوز’ الطبي.
وتابع: “يمكن أن يكون التحرير الأولي المزدوج طريقة أكثر أمانا ودقة لإدخال جينات كاملة ذات أهمية علاجية في المواضع التي نحددها، مثل موقع الجين الأصلي في الأفراد الأصحاء أو مواقع ‘الملاذ الآمن’ التي يعتقد أنها تقلل من خطر الآثار الجانبية”.
التحرير في وقت الذروة
يتيح التحرير الرئيسي، الذي طوره مختبر ليو، بدائل الحمض النووي وإدخاله وحذفه، ويعِدُ بتصحيح غالبية الاختلافات الجينية المعروفة المسببة للأمراض. وقد أدت التحسينات الأخيرة في تقنية التحرير الرئيسية إلى زيادة كفاءتها، مما جعلها أقرب إلى التطبيقات العلاجية. ولكن تسلسلات التحرير التي تزيد عن 100 زوج أساسي ظلت غير فعالة.
ويملأ التحرير الرئيسي المزدوج هذه الفجوة. ويستخدم النظام بروتين محرر رئيسي واثنين من الحمض النووي الريبي لدليل التحرير الرئيسي، والتي توجه آلات التحرير وترميز التعديلات. ويوجه كلا الحمضين النووين الريبيين الدليليين بروتين التحرير لعمل شق واحد متقطع في الحمض النووي في مواقع مستهدفة مختلفة في الجينوم، متجنبًا هذا النوع من كسر الشريط المزدوج الذي يخلق منتجات ثانوية غير مرغوب فيها بطرق أخرى. ثم يقوم النظام بتوليف خيوط الحمض النووي التكميلية الجديدة التي تحتوي على التسلسل المطلوب بين الشقوق. وباستخدام هذا النهج، تمكن الفريق من إدراج أو استبدال أو حذف تسلسلات يصل طولها إلى حوالي 800 زوج أساسي.
ولتحرير تسلسلات أكبر، استخدم الباحثون نظام التحرير الرئيسي المزدوج لتثبيت “مواقع الهبوط” في الجينوم من أجل إنزيمات تسمى معيدات التركيب (“ريكومبينايسيس” (recombinases) [إنزيم يعزز التركيب الجيني] الخاصة بالموقع، والتي تحفز تكامل الحمض النووي في مواقع محددة في الجينوم. ثم عالج الفريق الخلايا بإنزيم “معيد التركيب” وقدم القطع الطويلة من الحمض النووي التي أرادوا إدخالها في الجينوم. وقد سمح الجمع بين إنزيمات التحرير الأولي المزدوج و”معيدات التركيب” للعلماء بتحرير تسلسلات الآلاف من الأزواج الأساسية – بطول الجينات بأكملها.
ويختبر البروفيسور ليو وفريقه الآن “معيدات تركيب” مختلفة التي قد تجعل التحرير الأولي المزدوج أكثر كفاءة. كما يقومون بتقييم قدرة التحرير الأولي المزدوج على تثبيت تسلسلات وراثية أطول.
وقال البروفيسور ليو: “لقد كان طموحا قديما للعديد من المختبرات بما في ذلك مختبرنا أن تكون قادرة على تطوير العلاج الجيني بالطريقة التي طور بها العلماء تحرير الجينات على مدى السنوات القليلة الماضية”. وأضاف: “يمكن لهذه الدراسة، جنبا إلى جنب مع الجهود الأخرى لعلماء آخرين، أن تمثل بدايات جيل جديد من استراتيجيات العلاج الجيني، تماما كما مثلت نوكليازات كريسبر (CRISPR) [النوكليازات هي عبارة عن إنزيم يشق سلاسل النيوكليوتيدات في الأحماض النووية الى وحدات] والمحررين الأساسيين والمحررين الرئيسيين بدايات جيل جديد من تقنيات تحرير الجينات”.
*تمت الترجمة بتصرف
المصدر:
https://phys.org/news/2021-12-prime-inserts-entire-genes-human.html
لمزيد من المعلومات: أندرو ڤي أنزالون وآخرون، Programmable deletion, replacement, integration and inversion of large DNA sequences with twin prime editing, Nature Biotechnology (2021). DOI: 10.1038/s41587-021-01133-w
[١] متلازمة هنتر هي اضطراب نادر وراثي لا يهضم فيه الجسم (يكسر) جزيئات السكر بشكل صحيح في الجسم. عندما تتراكم هذه الجزيئات في الأعضاء والأنسجة بمرور الوقت، فإنها يمكن أن تسبب ضررا يؤثر على النمو والقدرات البدنية والعقلية. يحدث الاضطراب دائما تقريبا عند الأولاد. متلازمة هنتر هي واحدة من مجموعة من الأمراض تسمى عديد السكاريد المخاطي. ويعرف أيضا باسم عديد السكاريد المخاطي من النوع الثاني. يتم تشخيص متلازمة هنتر دائما تقريبا عند الذكور. يشخصه الأطباء في ما يقرب من 1 من أصل 100000 إلى 170000 ذكر. ويمكن أن تكون الإناث حاملات للطفرة الجينية التي تسبب عديد السكاريد المخاطي من النوع الثاني. المصدر: https://my.clevelandclinic.org/health/diseases/17932-hunter-syndrome