کریسپر محافظ زبردستی است که در باکتری پروکاریوت با جدیت بی نظیری در برابر مهاجمین از محل مسکونی خود محافظت می کند. کریسپر با درک و دستکاری دیانای عوامل مهاجم، موجب مرگ یا بی خاصیتی آن ها می شود.
پژوهشگران با زیر نظر گرفتن اعمال شگفت آور کریسپر در مواجهه با دشمن، این ایده در ذهنشان تولد یافت که از کریسپر مانند یک قیچی جراحی در ویرایش های مورد نظر ژنتیکی استفاده کنند. به این صورت کریسپر را از زادگاهش در پروکاریوت به آزمایشگاه های خود منتقل کردند تا این بار از توانایی های کریسپر برای اهداف آزمایشی و سپس کاربردی خود استفاده کنند.
قابلیت های کریسپر انقلابی در عرصه ی تغییرات و دستکاری های ژنتیکی رقم زده است. دانشمندان پس از آشنایی با کریسپر دیگر به امکانات بسیار گران قیمت و دور از دسترس نیازی ندارند. آنها پس از مطالعه ی قابلیت ها و فوت و فن های کار با کریسپر می توانند در یک آزمایشگاه کوچک، کارهای بسیار بزرگی انجام دهند. پیشتر انجام تغییراتی جزیی و محدود در ژن، به آزمایشگاه های بسیار مجهز و همکاری همزمان نیروهای متخصص محتاج بود.
به دلیل سادگی، ارزانی، سرعت و قابلیت های کار با کریسپر، پژوهشگران زیادی در چند سال اخیر، جذب این فناوری سهل الوصول شده اند.
در سال ۲۰۱۷ که بسیاری آن را سال «عرض اندام کریسپر» معرفی کرده اند، دستاوردهای چشمگیری به قابلیت های مهندسی ژنتیک افزوده شده است.
اولین جنین انسان به کمک CRISPR اصلاح شد
دانشمندان دانشگاه اورگان تحت سرپرستی Shouhrat Mitalipov، گزارش موفقیت خود را در برطرف سازی نوعی بیماری قلبی ژنتیکی در جنین زنده ی انسان به رسانه ها اعلام داشتند.
آن ها با ابزار ویرایشی CRISPR ژنی که مسبب جهش ژنتیکی شده بود را اصلاح کردند.
دانشمندان با این ابزار نوظهور توانستند DNA جنین زنده ی انسان را در ده ها مورد مشابه، تحت ویرایش موفقیت آمیز قرار دهند. اصلاح DNA جنین زنده، اولین اقدام انسانی در ممانعت از تولد نوزادان بیمار یا معلول است.
اختلال ژنتیکی که موجب بیماری قلبی موسوم به کاردیومیوپاتی هیپرتروفیک می شود، با دستکاری ژنوم شناخته شده، بهبود یافت. این بیماری قلبی میتواند منجر به مرگ ناگهانی انسان شود. جنین‌های آزمایشگاهی تحت ویرایش، تنها برای چند روز رشد داده شدند اما کاشته نشدند.
کریسپر در سال ۲۰۱۷ به ابزاری دقیق تر تبدیل شد
در روش ویرایش با کریسپر و روش‌های پیش از آن، اساس کار بر ایجاد شکافی میان دو رشته در DNA قرار داشت. مناسبت این شیوه وقتی است که عامل ویرایش بخواهد تمام موجودیت یک ژن را حذف یا وارد کند، اما مشکل مداواطلب در برخی موارد از اختلالات ژنتیکی در لایه های مختلف ژنوم قرار دارد. وقتی عامل ویرایش نمی خواهد کل ژن را حذف یا وارد سازد و قصد داشته باشد فقط یک جزء کوچک از DNA را مورد ویرایش قرار دهد باید ابزاری پیشرفته تر در اختیار داشته باشد. دانشمندان در سال ۲۰۱۷ با تغییراتی که در ماهیت کریسپر ایجاد کردند، این قیچی ویرایشی را طوری ارتقا بخشیدند که بتواند نیاز مذکور را برطرف سازد. به این شکل عامل ویرایش می توانست به جای کل یک ژن، به اصلاح یک جزء در آن بپردازد.
دانشمندان توانستند به کمک کریسپری پیشرفته تر، یک جفت پایه A-T را به یک جفت G-C تبدیل سازند. این موفقیت چشمگیری در امر اصلاحات ژنتیکی بود.
دانشمندان به این نتیجه رسیده اند که وجود مشکل در یک جفت پایه ژن، مسئول حدود نیمی از ۳۲ هزار جهش مربوط به بیماری‌های انسانی است.
بسترسازی موفق برای تولید اندام انسانی در بدن خوک
دانشمندان توانستند در سال ۲۰۱۷ با ابزار ژنتیکی کریسپر، امکان پرورش اندام های مورد نیاز انسان را در خوک بسترسازی کنند.
پرفسور «جورج چرچ» و همکارانش با استفاده از کریسپر، دیانای سلولهای خوک را طوری تغییر دادند که در انسان قابل استفاده تر باشد.
این مطالعه ی اولیه، که نتایج آن در نشریه ی ساینس منتشر شده، با هدف رفع نگرانی در مورد طرد عضو (رد پیوند) یا عفونت آن توسط ویروس نهفته در دیانای خوک صورت گرفته است.
پرفسور چرچ از دانشگاه هاروارد از این شیوه برای غیرفعال کردن یک رتروویروس (ویروس پسگرد) در سلول خوک استفاده کرد که درصورت ورود به بدن میزبان می توانست سبب بروز بیماری شود.
این ویروس های درونزاد به طور بالقوه خطرناک است چون می تواند سلول انسانی را حداقل در آزمایشگاه آلوده کند.
در آزمایش هایی که به روی جنین تازه شکل گرفته ی خوک انجام شد، پرفسور چرچ توانست همه ۶۲ کپی ویروس های پسگرد را با کمک کریسپر از سلول خوک پاک کند.
پرفسور چرچ می گوید: این کشف نویدبخش استفاده از اندام های حیوانات در انسان است.
ویرایش ژن در شخص مبتلا به سندرم هانتر
قابلیت های کریسپر این جسارت را به دانشمندان داد تا برای اولین بار در راستای معالجه ی مردی ۴۴ ساله به نام «بران مادوکس» ژن معیوب وی را مورد ویرایش قرار دهند.
۱۵ نوامبر ۲۰۱۷ متخصصین ژنتیک بیمارستان اوکلند در آمریکا، ژن معیوب بدن «بران مادوکس» را برای تغییراتی دائمی دستکاری کردند.
مادوکس به بیماری ژنتیکی هانتر مبتلا بود. این بیماری مشکلات متابولیکی در عملکرد آنزیم های لیزوزوم (یک اندامک داخل سلولی) ایجاد می کند و به دو نوع شدید و خفیف تقسیم می شود. آنها موفق شدند به کمک کریسپر DNA مورد نظر را برش داده و اطلاعات جدید را در آن قرار دهند تا کبد بیمار بتواند آنزیمی را که بدن مادوکس فاقد آن بود بسازد.
پاکسازی ویروس HIV در مدل حیوانی با ویرایشگر کریسپر
محققان دانشگاه‌های تمپل و پیتزبورگ آمریکا با استفاده از ویرایشگر کریسپر موفق به غیرفعال کردن دیانای ویروس HIV در ژنوم زندهی مدل حیوانی شدند.
در این مطالعه، مکانیسم تکثیر ویروس HIV نوع یک، کاملا غیر فعال شده است و این ویروس به طور کلی از سلولهای مدل حیوانی حذف شده است.
ابتدا سلولهای ایمنی انسانی که آلوده به ویروس HIV بودند به بدن موش‌های تحت آزمایش پیوند زده شدند و آزمایش خون موشها آلودگی به HIV را نشان داد. سپس از CRISPR/Cas9 برای خنثی سازی DNA ویروس استفاده شد و نتیجه ی دستکاری در ژنوم HIV پاکسازی موفقیت آمیز این بیماری از بدن مدل حیوانی بود.
در این مطالعه ی جدید از دستاوردهای مطالعات قبلی در زمینه ی ویرایش ژن نیز استفاده شده است و نشان می‌دهد این روش هم در موش های مبتلا به ویروس حاد و هم در عفونت های مزمن و پنهان در انسان موثر است.
در این مطالعه ویروس HIV نوع یک در موش های مهندسی ژنتیکی شده غیر فعال شده است و میزان اسید ریبونوکلئیک بین ۶۰ تا ۷۰ درصد کاهش یافته است. این روش هم چنین در موش‌های مبتلا به ویروس انسانی HIV نوع یک نیز مورد بررسی قرار گرفته است و نتایج تا ۹۶ درصد موثر بوده است. این مطالعه میتواند درمان ویروس HIV به کمک روش CRISPR/Cas9 را متحول سازد.
ویرایشگر کریسپر موجود زندهی نیمه مصنوعی خلق کرد
خلق یک نوع باکتری تحت عنوان E. coli با کد ژنتیکی شش‌حرفی با به کارگیری روش کریسپر میسر شد.
اطلاعات ژنتیکی به طور طبیعی با ۴ حرف نوشته می‌شوند ولی دانشمندان برای آگاهی از محدوده های مهندسی ژنتیک، دست به این اقدام بی سابقه زدند.
موجودات زنده ی روی کره ی زمینDNA چهار حرفی (متشکل از G،T،C و A) دارند اما در دیانای E.coli های دستکاری شده دو باز اضافی قرار داده شده است.
چندی پیش تیمی از دانشمندان، یک جفت باز مصنوعی در DNA ساختند که X و Y نامگذاری شدند. این تیم نشان دادند که این دو باز می‌توانند در DNA موجود زنده وارد شوند اما پس از وارد شدن این دو باز، موجود شرایط پایداری را ادامه نمی داد و چون قادر به تقسیم سلولی نبود به زودی از بین می‌رفت.
تیم یاد شده با ادامه ی تحقیقات خود سرانجام در سال ۲۰۱۷ موفق شدند اولین موجود زنده با کد ژنتیکی ۶ حرفی را تولید کنند که می توانست به زندگی خود ادامه دهد. با کمک تکنولوژی کریسپر، سلول E.coli به نحوی مهندسی شد که بازهای گفته شده به عنوان عامل خارجی شناخته نشد و این بازها وارد ساختار DNA موجود شدند.
اگر چه این دو باز هنوز حامل وظیفه ی خاصی در ترکیب موجود نیست اما چیزی که ثابت شده این است که در ژنوم سلول ساده‌ای همچون E.coli می‌توان دو باز جدید وارد کرد بدون اینکه سلول از بین برود و این میتواند آغاز دستکاری های هوشمندانه تر و مهندسی موثرتر باشد.
کنترل سرطان کبد و پروستات به کمک ویرایشگر کریسپر
در سال ۲۰۱۷ دانشمندانی از دانشگاه پیتزبورگ سلولهای سرطان پروستات و سرطان کبد انسان را به موش های آزمایشگاهی پیوند زدند و بعد از سرطانی شدن موش ها، با استفاده از ابزار CRISPR ژنهای هم جوشی را به عنوان اجزاء حیاتی سرطان های یاد شده دستکاری کردند. بدین وسیله پیشرفت سرطان تا ۳۰ درصد کاهش یافت و موش ها توانستند زنده بمانند. دانشمندان امیدوارند با ادامه ی این تحقیقات موفقیت آمیز بتوانند روش های پیشرفت های چون ویرایش ژنتیکی کریسپر را جایگزین روش های سنتی کنترل سرطان همچون شیمی درمانی سازند.
کریسپر، سلولهای سرطانی را سست و کم تحرک کرد
دانشمندان دانشگاه روچستر با دستکاری ژنوم پروتئینی به نام «Tudor-SN» که سلول را برای تقسیم آماده سازی می کند، تکثیر سلول های سرطانی را دچار اختلال کردند.
تیم دانشگاه روچستر از این روش برای کند کردن رشد سلولهای سرطانی کلیه و گردنه رحم نیز استفاده کردند. از آنجا که سلولهای سرطانی چرخه ی سلولی معیوبی دارند، دنبال کردن عواملی که در چرخه ی سلولی تعیین کننده هستند، دانشمندان را قادر خواهد ساخت جهش های ژنتیکی منجر به سرطان را شناسایی و خنثی کنند.
کریسپر باکتری های قدرتمند را وادار به خودکشی کرد
دانشمندان با استفاده از ابزار ویرایش ژنتیکی کریسپر موفق شدند باکتری‌های مقاوم به آنتی‌بیوتیک را دچار خودتخریبی کنند. در این روش باکتریوفاژها با دخالت مهندسی ژنتیک آنچنان قدرتمند شدند که باکتری‌های مقاوم را مجبور به از بین بردن خود می‌کنند.
کریسپر پشه‌ها را در برابر مالاریا مقاوم کرد
با افزودن برخی ژن‌ها به پشه‌های تحت آزمایش، انگل مالاریا نتوانست در بدن پشه ی میزبان زنده بماند. دانشمندان به کمک ویرایشگر کریسپر توانستند با افزایش مقاومت پشه، آن را در برابر انگل مالاریا مقاوم کنند.
تولید پشه‌های مقاوم در برابر مالاریا می تواند بیماری مالاریا را برای همیشه ریشه‌کن سازد. این بیماری قرن هاست از پشه به انسان منتقل می‌شود و روزانه ۱۰۰۰ نفر تحت تاثیر این عارضه جان خود را از دست می دهند.
درصورت موفقیت این روش، بیماری های دیگر مانند ربکا نیز در نوبت نابودی قرار خواهند گرفت.
کریسپر ای.ال.ای و بیماری هانتیگنتون را متوقف ساخت
محققان دانشگاه کالیفرنیا سن‌دیگو در سال ۲۰۱۷ موفق به طراحی روشی بر اساس روش اصلاح ژنتیکی کریسپر شده‌اند که به درمان بیماری‌های ناتوانی عضلانی نظیر ای.ال.ای و بیماری هانتیگنتون منجر می‌شود.
آنها موفق شدند روشی برای اصلاح آر.ان.ای‌ها بیابند که خطاهای مولکولی موجود را که به بیماری‌هایی نظیر ای.ال.اس و بیماری هانتینگتون منجر می‌شوند، اصلاح می‌کند.
تیم تحقیقاتی با استفاده از هدایت آر.ان.ای‌ها آنزیم‌های اصلاح‌کننده را برای قرارگیری صحیح آنها به سمت مولکول‌های آر.ان.ای هدف فرستادند. این روش در آزمایشگاه بسیار مثمر ثمر بوده و تقریبا تمام مولکول‌های آسیب‌دیده در نمونه سلولهای ماهیچه بیماران را درمان کرده است.
کریسپر ماهیت باکتری ها را به بازی گرفت
در سال ۲۰۱۷ دانشمندان موفق شدند به کمک کریسپر تصویری متحرک را در DNA باکتری زندهی E. coli ذخیره سازند. انجام این آزمایش اقدامی در راستای شناخت محدوده های مهندسی ژنتیک و ایجاد فضاهای ذخیره‌سازی بیولوژیک محسوب می شود.
