استخدام نواقل نانوية من ال DNA للتعديل على المورثات

قام العلماء حديثاً بابتكار طريقة تُمكِّنهم من تعديل المادة الوراثية للخلايا بشكلٍ أفضل، وتعتمد هذه الطريقة على إيصال مُركَّب انزيمي يسمى CRISPR -Cas9 الذي يقوم بقطع DNA إلى النواة...

وتعتمد طريقة التوصيل على كرة نانوية من خيوط ال DNA توصل المُركَّب لداخل النواة ... فكيف توصل العلماء إلى هذه الطريقة وما اهميتها؟

ماهو CRISPR-Cas9 ؟

يُعدّ CRISPR -Cas9 أحد أكثر تقنيات التعديل الوراثي انتشاراً وقد تم اكتشافه بالصدفة لدى البكتريا حيث وُجِد أنَّ البكتريا تقوم بالتصدي للفيروسات التي تهاجمها من خلال أنزيمات تقطع المادة الوراثية للفيروسات "أنزيم Cas9"، ولكي يتعرف هذا الأنزيم على مواقع القطع، فإنَّه يحتاج إلى مُوجِّه وهذا المُوجِّه هو جزيئات من RNA يقوم الجرثوم بتصنيعها من مادته الوراثية وترتبط جزيئات RNA الموجهة مع انزيم Cas9 ليشكل مُركَّب CRISPR -Cas9.

كيف تم الاستفادة من هذه التقنية؟

استُعمِلَ المبدأ الذي تستخدمه البكتيريا كتقنية لتعديل الجينات حيث يُستخدم فيها جزيئات RNA صُنعية مُوجَّهة لموقع محدد من المورثة بحيث تكون مكملة لتسلسل المورثة وبالتالي تملك قدرة الإرتباط معها. بعد ذلك يأتي دور الأنزيم Cas9 المرتبط مع جزيئة الـRNA، حيث يقوم بقطع تسلسل المورثة ويقوم بإزالة قطعة من تسلسل المورثة المستهدفة ومن ثم تعمل الخلية على إصلاح القطع وتستخدم جزيئة RNA كأساس لبناء التسلسل من جديد ومن خلال التحكم بتسلسل RNA يمكن إدخال التعديلات المطلوبة للمورثة المستهدفة.

ولكون هذه التقنية تمتاز بالدقة والقدرة النوعية على التعديل الوراثي، فقد استُخدِمت في أبحاث على الأمراض الوراثية لتعديل الطفرات المسببة للمرض واستُخدِمت في الأمراض الفيروسية المستعصية مثل الإيدز حيث استُخدِمت التقنية لإكساب الخلية مناعة تجاه الفيروس المسبب للإيدز.

بالإضافة إلى استخدامها لتعديل الأجِنَّة البشرية وصولاً إلى إدخال طفرات إلى الخلايا لتكوين نماذج خلوية لدراسة السرطان.

ماذا قدم البحث الجديد؟

لإيصال المُركَّب الانزيمي CRISPR -Cas9 إلى داخل الخلايا لتقوم بعملها في التعديل الوراثي، فإنَّه يتم إدخال الـDNA إلى داخل الخلايا وهناك يتم تصنيع جزيئات RNA وجزيئات الأنزيم، ويتشكل المُركَّب داخل الخلايا ثم يتجه الى النواة ليقوم بعمله، وبالتالي تٌستخدم الخلايا كمصانع للمُركَّب CRISPR -Cas9، وتكمن مشكلة هذه الطريقة بضعف التحكم بتصنيع هذه الجزيئات.

لذلك ظهرت فكرة إيصال المُركَّب الأنزيمي CRISPR -Cas9 الجاهز بدلاً من جزيئات DNA المصنعة له، وتم البحث عن حوامل تستطيع حماية المُركَّب وإيصاله إلى داخل نوى الخلايا.

وهنا تكمن الفكرة الجديدة في هذا البحث؛ لتحقيق هذا الأمر استخدم فريق البحث كرات بحجم النانو مصنوعة من خيوط DNA ملتفة بشكل كرة من الخيوط وتمتاز هذه الكرة بأنها مُكوَّنة من الـDNA الموجود بشكلٍ طبيعي ضمن الخلايا، وبما أنَّ المُركَّب الأنزيمي CRISPR -Cas9 يحوي جزيئات RNA، فقد تم تصميم خيوط DNA بحيث ترتبط بشكل جزئي مع جزيئات RNA، مما يُكسِب المُركَّب ثباتية ضمن الحوامل النانوية وتغلف هذه الكرات بطبقة من البوليميرات المشحونة إيجاباً ولكونها نانوية فإنَّها تلتقط من قبل الخلايا وتدخل لداخل الخلايا وتتجه الى النواة وتتحرر المعقدات الأنزيمية وتُعدَّل المورثات المطلوبة.

ولاختبار نظام التوصيل، قام العلماء بمعالجة خلايا سرطانية وفئران مصابة بالسرطان بالمُركَّب الأنزيمي المُحمَّل بهذه الحوامل، حيث تم استهداف خلايا سرطانية تقوم بالتعبير عن بروتين متألق، وعندما ينجح نظام التوصيل يتم تعديل المورثة المسؤولة عن إنتاج البروتين المتألق ويتوقف تألق الخلايا وبعد إجراء التجربة توقفت أكثر من ثلث الخلايا عن التعبير عن البروتين المتألق مما يؤكد نجاح توصيل معقد ات التعديل الوراثية لهذه الخلايا.

تعتبر هذه الدراسة خطوة أولية لأجل إنجاح توصيل المُركَّب CRISPR -Cas9 بكفاءة أكبر وتحتاج لمزيد من الدراسات في المستقبل.

المصادر:

هنا

هنا

هنا

البحث الأصلي: هنا