«كريسبر»... تقنية رائدة للقصّ الجيني باستخدامات متنوعة

«كريسبر»... تقنية رائدة للقصّ الجيني باستخدامات متنوعة

الاثنين - 18 ذو الحجة 1443 هـ - 18 يوليو 2022 مـ رقم العدد [ 15938]

بعد عشر سنوات على إعلان جينيفر دودنا وإيمانويل شاربنتييه اكتشاف أداة «كريسبر»، لا تزال هذه التقنية محوراً للمشاريع العلمية الطموحة والنقاشات الأخلاقية المعقّدة، وبوّابة لسبل الاستكشاف الجديدة وإعادة إحياء الدراسات القديمة. ولهذا السبب؛ يستخدمها علماء الكيمياء الحيوية، والحشرات، وأطباء القلب والأورام، والمتخصصون في عالمي الحيوان والنبات.
أداة جينية
يرى الباحثون، أنّ «كريسبر» لا تزال تخبئ الكثير من السحر، إلّا أنّ الحماس لفكرة التقنية الجديدة تحوّل اليوم إلى احتمالات مفتوحة ومشاريع قائمة. تعرّفوا فيما يلي على بعضها:
> في علم النبات - الطماطم المهجنة. يجمع بين كاثي مارتن، عالمة النبات في مركز جون إينس في نورويتش، إنجلترا، وتشارلز كزافيير، مؤسس فريق «إكس مان» للأبطال الخارقين، قاسم مشترك: كلاهما يحبّ الطفرات.
ينجذب «بروفسور إكس» إلى الطفرات البشرية الخارقة القوى، بينما تميل مارتن إلى ثمرة حمراء وكثيرة العصارة. بالحديث عن بحثها الذي يركّز على جينومات النبات الذي يُؤمل منه العثور على وسائل جديدة لصناعة أطعمة أكثر صحّة وقوّة واستدامة – لا سيّما الطماطم في حالتها، قالت مارتن «نحن نتوق دائماً للطفرات؛ لأنّها سمحت لنا بفهم طريقة عمل الأشياء ووظائفها».
عندما ظهرت تقنية «كريسبر - كاس 9»، عرض أحد زملاء مارتن صناعة طفرة من الطماطم كهدية لها. وفي البداية، شكّكت بالأمر، ولكنّها قالت له «أودّ لو أنّني أعثر على طماطم لا تنتج حمض الكلوروجينيك».
وبدل البحث عن طفرات، بات بإمكاننا اليوم صناعتها. فقد استخدم الباحثون في مختبر مارتن أخيراً تقنية كريسبر لابتكار نبتة طماطم قادرة على مراكمة الفيتامين «دي» عند تعريضها لأشعّة الشمس. وتبيّن في البحث أنّ غراماً واحداً من أوراقها يحتوي على 60 مرّة الجرعة اليومية الموصى بها للبالغين من هذا الفيتامين.
العدوى والأمراض الوراثية
> الأمراض المعدية - إيصال الفحوص إلى مناطق بعيدة في أفريقيا. يمضي كريستيان هابّي، عالم أحياء يدير المركز الأفريقي للتميز في أبحاث الجينوم الخاصة بالأمراض المعدية في نيجيريا، حياته المهنية في تطوير وسائل لرصد واحتواء انتشار الأمراض المعدية التي تنتقل إلى الإنسان من الحيوان، إلّا أنّ معظم هذه الوسائل مكلفة وغير دقيقة.
على سبيل المثال، يقول هابّي «يتطلّب إجراء فحص تفاعل البوليمراز المتسلسل (بي.سي.آر) استخراج عيّنة من الحمض النووي الريبي المرسال، وآلة ثمنها 60 ألف دولار، وتعيين شخص مدرّب لإجراء هذه الفحوص»، أي أنّ الأمر مكلف وغير يسير على المستوى اللوجيستي في المناطق النائية.
ولكنّ مدير المركز وشركاؤه عمدوا أخيراً إلى استخدام تقنية «كريسبر - كاس 3a» (القريبة جداً من «كريسبر - كاس9») لرصد الأمراض في الجسم عبر استهداف التسلسلات الجينية المرتبطة بالفيروسات. استطاع الفريق تحديد تسلسل فيروس «سارس - كوف - 2» الحالي بعد أسبوعين تقريباً من وصوله إلى نيجيريا وتطوير أسلوب فحص لا يتطلّب معدّات على الأرض أو اختصاصيين مدرّبين – بل فقط أنبوب لاحتواء بصقة.
واعتبر هابّي «أنّ الحديث عن الجهوزية المستقبلية للجوائح يجب أن يدور حول هذا الأمر. أريد لجدّتي أن تستفيد من هذه التقنية في قريتها».
تعمل فحوص التشخيص التي تعتمد تقنية «كريسبر» جيّداً في الأجواء الحارّة، وتتميّز بسهولة الاستخدام وانخفاض الكلفة التي توازي ثلث كلفة فحص «بي.سي.آر». PCR عادي. ولكنّ مختبر هابّي لا يزال في طور تقييم دقّة التقنية ويسعى لإقناع مسؤولي أنظمة الصحة العامّة في أفريقيا بتبنّيها.
> الأمراض الوراثية - البحث عن علاج لمرض فقر الدم المنجلي.
في البداية، استخدم غانغ باو، مهندس الكيمياء الحيوية في جامعة رايس، «نيوكلييز إصبع الزنك» كأداة للتعديل الجيني في محاولة منه لعلاج فقر الدم المنجلي، وهو اضطراب وراثي ينتج من خلايا دم حمراء مشوّهة. وقد احتاج مختبر باو إلى أكثر من سنتين من التطوير، ومن ثمّ نجح «نيوكلييز إصبع الزنك» بوضح حدّ لتسلسل فقر الدمّ المنجلي في نحو 10 في المائة من الحالات. واحتاجت تقنية أخرى عمل عليها العلماء إلى سنتين آخريين، ولكنّها لم تكن أكثر فاعلية.
وفي عام 2013، بعد وقت قصير من استخدام «كريسبر» بنجاح في تعديل الجينات في الخلايا الحيّة، غيّر فريق باو وجهته مرّة أخرى. وشرح باو، أنّ «كريسبر» احتاجت إلى شهر تقريباً من بدء الاستخدام حتّى النتائج الأوليّة ونجحت في القضاء على التسلسل المستهدف في نحو 60 في المائة من الحالات، فضلا عن أنّها كانت أسهل وأكثر فاعلية، ما دفع باو إلى وصفها «بالمذهلة».
واجه الباحثون تحدٍ آخر هو تحديد الآثار الجانبية للعملية، أي كيف أثّرت «كريسبر» على الجينات التي لم تكن مستهدفة عن قصد. بعد سلسلة من التجارب الحيوانية، اقتنع باو بأنّ هذه الوسيلة ستنجح على البشر. وفي عام 2020، وافقت إدارة الغذاء والدواء الأميركية على تجربة عيادية لا تزال مستمرّة بقيادة الدكتور ماثيو بورتوس ومختبره في جامعة ستانفورد.
وهكذا، فإن تنوّع الوظائف التي قد تؤديها «كريسبر» يحمل الأمل لعلاج أمراضٍ وراثية أخرى. وتجدر الإشارة إلى أنّ علاجات أخرى لم تستخدم التعديل الجيني نجحت أيضاً في علاج فقر الدم المنجلي.
طب القلب والأورام
> طب القلب - البحث في أسرار القلب. من الصعب تغيير قلب أحدهم وليس فقط لأنّنا غالباً عنيدون ونتمسّك بآرائنا الخاصة. ينتج الدمّ خلايا جديدة بسرعة أقلّ بكثير من الأعضاء الأخرى، ما يضع العلاجات الفعّالة في أجزاء أخرى من جسم الإنسان أمام تحديات هائلة عندما يتعلّق الأمر بالقلب.
أيضاً، من الصعب أن نعرف ماذا يوجد في قلب الإنسان، فحتّى عندما يُصار إلى وضع تسلسل جينومٍ كامل، يوجد عادة عدد من الأجزاء التي تبقى غامضة للعلماء والأطبّاء (تُسمّى متغيرات ذات أهميّة غير أكيدة). قد يعاني مريضٌ ما من مشكلة في القلب، ولكن لا توجد طريقة لإثبات ارتباطها بجيناته.
ويقول الدكتور جوزيف وو، مدير معهد القلب والأوعية الدموية في جامعة ستانفورد، إنّ «البشر ليس بيدهم حيلة. ولهذا السبب، نلجأ عادة إلى الانتظار ونقول للمريض أنّنا لا نعلم ما الذي يجري».
ولكن في السنوات القليلة الماضية، استخدم وو تقنية «كريسبر» لمعرفة تأثيرات حضور أو غياب هذه التسلسلات المحيّرة على خلايا القلب التي صنع محاكاة لها في مختبره باستخدام خلايا جذعية متعدّدة القدرات بواسطة الدم. واستطاع وو وشركاؤه، من خلال عزل جينات معيّنة ومراقبة التأثيرات، تحديد روابط بين الحمض النووي التابع لمرضى مشاركين وأمراض القلب.
> علم الأورام - علاج جديد للسرطانات. في عام 2012، كانت بنت في السادسة من عمرها تعاني من لوكيميا الأرومة اللمفاوية الحادة. لم يؤتِ العلاج الكيميائي أي نتيجة في حالتها التي كانت متقدّمة جدا ولا تحتمل زراعة نقي (نخاع) العظام. في ذلك الوقت، لم يكن يوجد أي حلّ في الأفق، حتّى أنّ طبيبها طلب من أهلها العودة إلى منزلهم.
ولكنّ الوالدين فضّلا الذهاب إلى مستشفى الأطفال في فيلادلفيا، حيث استخدم الأطبّاء علاجاً تجريبياً اسمه «مستقبلات المستضد الخيمرية بالخلايا التائية» chimeric antigen receptor (CAR) T - cell therapy لتحريض خلايا الدمّ البيضاء لدى البنت الصغيرة على السرطان. اليوم، وبعد مرور عشر سنوات، تخلّصت الفتاة من السرطان بشكلٍ نهائي.
ومنذ ذلك الحين، يعمل الدكتور كارل جون، أستاذ الطبّ في جامعة بنسلفانيا الذي ساعد في تطوير تقنية مستقبلات المستضد الخيمرية، مع مساعديه وأبرزهم الدكتور إد ستادتموير، اختصاصي أمراض الدم والأورام في كلية الطب التابعة للجامعة، على تحسين هذه التقنية. تشمل هذه التحسينات استخدام تقنية «كريسبر»، الأداة الأكثر بساطة ودقّة لتعديل الخلايا التائية خارج الجسم.
واعتبر ستادتموير، المتخصص في التعامل مع أنواع عدّة من سرطانات الدم والغدد اللمفاوية، أنّ «العقد الفائت وما تلاه شهد ثورة في علاجات هذه الأمراض. لقد كانت النتائج مجزية ومبهرة». وشارك ستادتموير في السنوات القليلة الأخيرة في إدارة تجربة عيادية خضعت خلالها الخلايا التائية لتعديل بتقنية «كريسبر»، ومن ثمّ أدخلت إلى أجسام مرضى سرطان لا يستجيبون للعلاجات.
بعد مرور تسعة أشهر على التجربة، لم ترفض أجهزة المرضى المناعية هذه الخلايا التائية التي كانت لا تزال موجودة في الدم. في النهاية، يمكن القول إنّ الفائدة الحقيقية لـ«كريسبر» تكمن في رؤية العلماء لفرصٍ واحتمالات نجاح جادّة في العلاجات التي تدخل فيها.
* خدمة «نيويورك تايمز»


أداة دفاعية لدى البكتيريا وظفها العلم لخدمة الإنسان


> أداة «كريسبر» CRISPR (التكرارات العنقودية المتناظرة القصيرة منتظمة التباعد(هي نوع تسلسلات للحمض النووي «دي إن إيه» توجد داخل الأحياء المسماة بدائيات النوى كالبكتيريا والبكتيريا القديمة، وفيها فواصل مقتطعة من بقايا الحمض النووي للفيروسات التي سبق أن هاجمت الكائن بدائي النواة.
ويحتفظ الكائن بدائي النواة بهذه البقايا في حمضه النووي كفواصل حتى يستخدمها لاحقاً في الكشف عن الحمض النووي الخاص بتلك الفيروسات في هجماتها اللاحقة، ومن ثم تدمير تلك الفيروسات بمساعدة بروتين «كاس 9» cas9.
وبروتين «كاس 9» هو أنزيم قاطع يتعرف على سلاسل معينة من البنية الجينية، ومن ثم يقصّها. وقد قام الإنسان حديثاً بالاستفادة من هذا النظام البكتيري الطبيعي، واستخدامه في تعديل جينومات الكائنات الحية عن طريق قص أجزاء من حمضها النووي بسهولة.


اختيارات المحرر

فيديو