محققان دپارتمان علوم زیستی در دانشگاه توکیو یک آنزیم جدید کوچک اما قدرتمندتر ویرایش ژن به نام AsCas12f ابداع کرده اند که به طور موثر می تواند راه را برای درمان افراد مبتلا به بیماری های ژنتیکی در آینده هموار کند.
به گزارش تکناک، تکنیک‌های متداول مهندسی ژن شامل استخراج سلول‌های میزبان، اصلاح آن‌ها در آزمایشگاه و سپس معرفی مجدد آن‌ها به بیماران است که امری زمان‌بر است. ویرایش ژن با استفاده از سیستم‌های مبتنی بر CRISPR یک ابزار پیشرفته‌تر و قدرتمندتر است که اجازه می‌دهد توالی‌های DNA در داخل سلول تغییر کنند.
این تکنیک از آنزیم Cas-9 استفاده می کند که به عنوان یک قیچی مولکولی عمل می کند و می تواند دقیقاً به مکانی در داخل سلول هدایت شود تا DNA را برش دهد. سپس یک مکانیسم حمایتی یک توالی DNA جایگزین را معرفی می کند که پتانسیل جلوگیری از تبدیل شدن پشه ها به ناقل مالاریا یا افزایش محتوای غذایی محصولات را دارد.
با استفاده از اطلاعات ژنتیکی جدید کدگذاری شده در هسته، سلول پس از آن به عملکرد خود برای تولید صفات جدید ادامه می دهد، که به طور موثر می تواند بیماری های ژنتیکی ارثی را نیز از بین ببرد.
موانع ژن درمانی
ویرایش ژن با استفاده از روش CRISPR-Cas9 این پتانسیل را دارد که دنیای ما را به طور اساسی تغییر دهد. اما این کشف نسبتاً جدید به محدودیت های خود رسیده است. تمام ماشین آلات مورد نیاز برای ویرایش ژن‌ها در ویروس‌های مرتبط با آدنو (AAVs) به سلول منتقل می‌شود، که می‌توانند تقریباً توسط سیستم ایمنی شناسایی نشده وارد بدن شوند.
پروتئین Cas9 نسبتاً بزرگ است. بنابراین، آنزیم های کمتری را می توان در AAV ها بسته بندی کرد. این امر تعداد آنزیم‌هایی را که می‌توان به داخل سلول حمل کرد، محدود می‌کند، که همین مسئله تاکنون مانعی در پیشرفت ژن درمانی بوده است.
محققان به دنبال جایگزین های کوچکی بودند و یکی را در پروتئین Cas12 پیدا کردند و متوجه شدند که باکتری Axidibacillus sulfuroxidans فشرده ترین آنزیم Cas12 را دارد. Cas12 این باکتری که AsCas12f نامیده می شود، تنها یک سوم اندازه Cas9 معمولی است. تنها مشکل این بود که این آنزیم به سختی توانایی ویرایش ژن در سلول های انسانی را از خود نشان داد.
ساخت Cas12 قدرتمندتر از قبل
یک تیم تحقیقاتی به سرپرستی اسامو نورکی که استاد دانشگاه توکیو است، از یک اسکن جهشی عمیق برای بهبود توانایی های ویرایش ژن AsCas12f با جایگزینی متوالی هر اسید آمینه که بلوک سازنده پروتئین است، با تمام 20 آمینو ممکن استفاده کردند. اسیدهای آمینه موجود در این روش به تیم تحقیقاتی کمک کرد تا 200 جهش را شناسایی کند که می تواند قابلیت های AsCas12f را بهبود بخشد.
سپس تیم مهندسی AsCas12f را بهبود بخشید و متوجه شد که توانایی ویرایش آن 10 برابر بیشتر از همتای اصلاح نشده خود است. با این حال، این احتمال وجود دارد که جهش های موجود در تیم ممکن است بهینه ترین جهش ها نباشند. بنابراین محققان قصد دارند از مدل‌سازی محاسباتی برای بررسی ترکیبات احتمالی و ساخت آنزیمی قدرتمندتر Cas12 استفاده کنند.
آزمایش‌ها روی موش‌های زنده نشان داده‌اند که AsCas12f مهندسی ژنتیک شده، اگرچه کوچک‌تر است، اما حداقل به اندازه پروتئین Cas9 مؤثر است. نورکی در بیانیه مطبوعاتی گفت: چالش بعدی ما این است که ژن درمانی را به طور واقعی برای کمک به افرادی که از اختلالات ژنتیکی رنج می برند، انجام دهیم.
یافته های این تحقیق در مجله Cell منتشر شد.
