تعرف على نظام “Fanzor” ، أول نظام شبيه بكريسبر موجود في الحياة المعقدة
حدد الباحثون نظامًا جديدًا لتحرير الجينات مشابهًا لـ CRISPR في الكائنات الحية المعقدة ، مما يدل لأول مرة على وجود البروتينات المعدلة للحمض النووي في جميع ممالك الحياة.
فنغ تشانغ، عالم الكيمياء الحيوية في معهد برود في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وجامعة هارفارد ومعهد ماكغفرن لأبحاث الدماغ في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، قاد الفريق وشارك سابقًا في اكتشاف إمكانات تحرير الجينات في نظام CRISPR-Cas9، والذي يعمل كنوع من “المقص الجزيئي” الذي يزيل أجزاء من الحمض النووي ، وبالتالي تعطيل الجينات أو السماح بتبديل الجينات الجديدة.
قبل هذا الاكتشاف ، تم العثور على مثل هذه الأنظمة فقط في الكائنات الحية البسيطة مثل البكتيريا والعتائق ، والتي تستخدمها كنوع من نظام المناعة البدائي لتقطيع الحمض النووي للغزاة. اكتشف الباحثون النظام المكتشف حديثًا ، المسمى Fanzor ، في الفطريات والطحالب والأميبا وأنواع من البطلينوس ، مما أدى إلى توسيع المجموعات المعروفة باستخدام هذه الأدوات الجينية.
“لقد كان الناس يقولون ذلك بمثل هذا اليقين لفترة طويلة حقيقيات النواة [organisms whose complex cells contain nuclei] لا يمكن أن يكون لديك نظام مماثل ” إيثان بير، عالم الوراثة بجامعة كاليفورنيا في سان دييغو ، والذي يستخدم التحرير الجيني في عمله ولكنه لم يشارك في الدراسة. قال بيير لـ Live Science: “إنه ذكاء نموذجي من مختبر Zhang ، يثبت خطأهم”.
متعلق ب: تم تعديل أورام الدهون في الفئران بواسطة تقنية كريسبر. في يوم من الأيام ، يمكن أن ينجح في البشر ، كما يقول العلماء.
بعد نشر ملفات الورقة الأولى في CRISPR في عام 2013 ، بدأ Zhang وزملاؤه في دراسة كيفية تطور هذه الأنظمة. خلال هذا العمل ، حددت المجموعة أ فئة من البروتينات في البكتيريا تسمى أوميغا، يعتقد أنها أسلاف مبكرة لبروتينات Cas9 ، “المقص” لنظام كريسبر. بدأوا في الشك في أن بروتينات فانزور ، وهي نوع من أوميغا ، يمكن أيضًا أن تعدل الحمض النووي.
فحصت المجموعة قواعد البيانات على الإنترنت للبروتينات وفوجئت بالعثور على العديد من العينات المعزولة من الفطريات ، وحيد الخليةوالمفصليات والنباتات و فيروسات عملاقة. قال تشانغ إن التفكير هو أن الجينات اللازمة لصنع بروتينات فانزور قد تحولت من البكتيريا إلى كائنات حية معقدة من خلال عملية تعرف باسم نقل الجينات الأفقي. تم دمج الجينات التي تشفر بروتينات فانزور في جينومات الكائنات حقيقية النواة داخل عناصر قابلة للنقل ، مما يعني أجزاء من الحمض النووي يمكنها التحرك حول الجينوم وتكرار نفسها.
في التجارب ، وجد الباحثون أن بروتينات Fanzor تشترك في بعض أوجه التشابه مع CRISPR. تتفاعل بروتينات Fanzor أيضًا مع جزيء توجيه RNA ، وهو جزيء يوجه البروتينات إلى الحمض النووي المراد قطعه. هذا الجزيء ، المسمى omegaRNA ، يكمل خيط DNA الهدف. عندما تتطابق ، تتجمع القطعتان معًا ويمكن لفانزور بعد ذلك قطع الحمض النووي.
اختبر الفريق نظام Fanzor في الخلايا البشرية ولكن وجد في البداية أنه غير فعال نسبيًا في إضافة أو إزالة أجزاء من الحمض النووي ، مما أدى إلى إكمال العملية بنجاح حوالي 12٪ من الوقت. بعد بعض الهندسة الإبداعية لتعزيز النظام واستقراره ، رفع الباحثون الكفاءة إلى ما يزيد قليلاً عن 18٪.
عدم الكفاءة هذا ليس مفاجئًا ، وفقًا لـ Bier ، ولا علامة على أن Fanzor ليست جيدة مثل CRISPR. وقال إن العلماء صمموا تقنية كريسبر بحيث يمكنها إجراء البدائل المرغوبة في كل مرة تقريبًا ، لكنها “بالتأكيد لم تبدأ بهذه الطريقة”. لكن Bier أضاف أنه سيكون من الصعب على Fanzor مطابقة Cas9 ، الذي وصفه بأنه “البروتين الأكثر قابلية للتكيف والمتسامح مع أنواع الأشياء التي تريد القيام بها.”
من المحتمل أن تكمل Fanzor بدلاً من ذلك تقنية CRISPR ، والتي تم استخدامها في كل من الأبحاث والعلاجات الطبية التجريبية لحالات مثل العمى و سرطان.
مقارنةً بـ CRISPR ، فإن “أنظمة Fanzor أكثر إحكاما وبالتالي لديها القدرة على توصيلها بسهولة أكبر إلى الخلايا والأنسجة” ، كما قال Zhang ، وهي أقل عرضة للتلف عن طريق الخطأ RNA أو DNA القريبين – ما يسمى بالآثار الجانبية أو غير المستهدفة. هذا يجعل Fanzor جذابة للاستخدام في العلاج الجيني.
أخبر Zhang Live Science أنه متحمس الآن للبحث عن أنظمة مماثلة في أماكن جديدة.
قال تشانغ “هذا العمل يؤكد حقا قوة دراسة التنوع البيولوجي”. “من المحتمل أن يكون هناك المزيد من الأنظمة الموجهة من الحمض النووي الريبي في الطبيعة والتي تبشر في المستقبل بتحرير الجينات.”
