تم تطوير مصلحة جينية جديدة قائمة على تقنية CRISPR لتحرير الحمض النووي يمكن أن تحسن علاج المرضى بالاضطرابات الوراثية. الأداة هي إنزيم يُسمى AsCas12f، والذي تم تعديله لتوفير نفس الفعالية ولكن بثلث حجم الإنزيم Cas9 الذي يُستخدم عادة في تحرير الجينات. الحجم المدمج يعني أنه يمكن تعبئة المزيد منه في الفيروسات الناقلة وتوصيله إلى الخلايا الحية، مما يجعله أكثر كفاءة.
قام الباحثون بإنشاء مكتبة من التحولات الممكنة للإنزيم AsCas12f ثم جمعوا بين التحولات المختارة لتصميم إنزيم AsCas12f مع قدرة تحرير أكثر بـ 10 مرات من النوع الأصلي غير المحور. تم اختبار هذا الإنزيم المهندس AsCas12f بنجاح في الفئران ولديه الإمكانية لاستخدامه في علاجات جديدة وأكثر فعالية للمرضى في المستقبل.
ربما قد سمعت بالفعل عن تقنية CRISPR، وهي أداة تحرير الجينات تتيح للباحثين استبدال وتعديل أجزاء من الحمض النووي. مثل الخياطين الجينيين، قام العلماء بتجربة “قص” الجينات التي تجعل البعوض حاملين لمرض الملاريا، وتعديل محاصيل الطعام لتكون أكثر غذاءً ولذاذة، وفي السنوات الأخيرة بدأوا التجارب البشرية للتغلب على بعض أصعب الأمراض والاضطرابات الوراثية.
إمكانية تحسين حياتنا باستخدام تقنية CRISPR هائلة لدرجة أن الباحثين جينيفر دودنا وإيمانويل شاربانتييه، اللذين طوّرا النسخة الأكثر دقة من الأداة تُسمى CRISPR-Cas9، تم منحهم جائزة نوبل للكيمياء في عام 2020.
ولكن حتى Cas9 لديها قيود. الطريقة الشائعة لتسليم المواد الوراثية إلى خلية مضيفة هي استخدام فيروس معدل كناقل. الفيروسات المرتبطة بالأدينو المرتبطة (AAVs) ليست ضارة للمرضى، يمكن أن تدخل العديد من أنواع الخلايا لإدخال أنزيمات CRISPR مثل Cas9، ولديها احتمال أقل لإثارة استجابة مناعية غير مرغوبة مقارنة ببعض الطرق الأخرى. ومع ذلك، مثل أي خدمة توصيل طرود، هناك حد حجمي.
“يقع Cas9 في الحد الأقصى لهذا القيد الحجمي، لذا كان هناك طلب للعثور على بروتين Cas أصغر يمكن تعبئته بشكل فعّال في AAV ويمكن أن يكون أداة تحرير الجينوم”، كما شرح البروفيسور أوسامو نوريكي من قسم العلوم البيولوجية في جامعة طوكيو.
حجمه الكبير يعني أن Cas9 يمكن أن يفتقر إلى الكفاءة عند استخدامه في علاج الجينات. لذا، عمل فريق متعدد المؤسسات على تطوير إنزيم Cas أصغر يكون مفعمًا بنفس الفعالية، ولكن أكثر كفاءة.
اختار الباحثون إنزيمًا يُسمى AsCas12f من البكتيريا Axidibacillus sulfuroxidans. ميزة هذا الإنزيم هي أنه واحد من أصغر إنزيمات Cas التي تم اكتشافها حتى الآن وأصغر بأقل من ثلث حجم Cas9. ومع ذلك، في الاختبارات السابقة لم يظهر أي نشاط جينومي تقريبًا في الخلايا البشرية. تم نشر أعمالهم في مجلة Cell.
“باستخدام أسلوب فحص عميق يسمى الفحص التحولي العميق، قمنا بتجميع مكتبة من المرشحين الجدد المحتملين من خلال استبدال كل حمض أميني في AsCas12f بجميع أنواع الأحماض الأمينية 20 التي تعتمد عليها جميع أشكال الحياة. استنادًا إلى ذلك، تم التعرف على أكثر من 200 تحول زاد من نشاط تحرير الجينوم”، كما شرح نوريكي.
“استنادًا إلى الرؤى التي تم الحصول عليها من التحليل الهيكلي لـ AsCas12f، اخترنا وجمعنا هذه التحولات في الأحماض الأمينية المعززة للنشاط لإنشاء نوع معدل من AsCas12f. هذا الإنزيم المهندس AsCas12f لديه أكثر من 10 مرات نشاط تحرير الجينوم مقارنة بالنوع العادي من AsCas12f ومقارنة بـ Cas9، بينما يحتفظ بحجم أصغر بكثير.”
قام الفريق بالفعل بإجراء اختبارات على الحيوانات باستخدام نظام AsCas12f المهندس، حيث قاموا بربطه بجينات أخرى وإعطائه للفئران الحية. إدارة العلاج مباشرة إلى الجسم تفضل على استخراج الخلايا وتحريرها في المختبر وإعادة إدراجها في المرضى، وهو أمر يستغرق وقتًا أطول وتكلفة أعلى.
نجاح الاختبارات أظهر أن AsCas12f المهندس لديه الإمكانية لاستخدامه في علاجات الجينات البشرية، مثل علاج الهموفيليا، وهو مرض يؤدي إلى عدم تجلط الدم بشكل طبيعي.
اكتشف الفريق العديد من التركيبات الفعّالة بشكل محتمل لتصميم نظام تحرير الجينات AsCas12f المحسّن، لذا يعترف الباحثون بإمكانية أن التحولات المختارة قد لا تكون الأكثر تميزًا من بين جميع الخلطات المتاحة.
“رفع AsCas12f ليظهر نشاط تحرير الجينوم مقارنة بـ Cas9 هو إنجاز كبير ويعد خطوة كبيرة في تطوير أدوات تحرير الجينوم الأصغر حجمًا”، كما أوضح نوريكي.
“بالنسبة لنا، الجانب الحاسم للعلاج الجيني هو إمكانية مساعدة المرضى حقًا. باستخدام AsCas12f المهندس الذي قمنا بتطويره، تحدينا التالي هو فعليًا إدارة العلاج الجيني لمساعدة الأشخاص الذين يعانون من الاضطرابات الوراثية.”
المصدر : https://phys.org/news/2023-09-newly-crispr-enzyme-dna-patient.html
