کریسپر و ویرایش DNA
تکنولوژی کریسپر و ویرایش DNA یک نوآوری در اصلاح نباتات است که با استفاده از نوکلئاز برای هدف قرار دادن و اصلاح DNA با دقت عالی استفاده می‌شود و در سال ۲۰۱۲ توسط دانشمندان دانشگاه کالیفرنیا، توسعه یافته است. در سال‌های اخیر به دلیل طیف وسیع کاربردهای کریسپر- Cas9 از جمله استفاده در تحقیقات زیستی، پرورش و توسعه محصولات کشاورزی، حیوانات و برنامه‌های بهداشتی انسان مورد توجه بسیاری قرارگرفته است. این موارد شامل خاموشی ژن، ویرایش ژن کریسپر- Cas9 بدون دی‌ان‌ای، ترمیم با همولوژی (HDR) و خاموشی موقت ژن یا مهار رونویسی (CRISPRi) است.
کریسپر و ویرایش DNA
سیستم کریسپر- Cas9 در ویرایش DNA
کریسپر یا تناوب‌هایِ کوتاهِ پالیندرومِ فاصله‌دارِ منظمِ خوشه‌ای، بخش جدایی‌ناپذیر از یک سیستم دفاعی باکتریایی هستند که اساس سیستم کریسپر- Cas9 است. مولکول کریسپر از توالی‌های پالیندرومیک کوتاه DNA ساخته‌شده که در امتداد مولکول تکرار می‌شوند و به‌طور منظم از هم فاصله دارند. در میان این توالی‌ها اسپیسرها (Spacers) وجود دارند که توالی‌های DNA خارجی ارگانیسم‌هایی هستند که قبلاً به باکتری‌ها حمله کرده‌اند. همچنین مولکول کریسپر شامل ژن‌های مربوط به کریسپر یا ژن‌های Cas است. این پروتئین‌های کد شده که پروتئین‌هایی را بازکرده و DNA را برش می‌دهند، به ترتیب هلیکازها و نوکلئازها گفته می‌شوند.
کریسپر- Cas9-ویرایش
محافظت از حملات ویروسی به باکتری ها با سیستم ایمنی کریسپر
سیستم ایمنی کریسپر با سه مرحله باکتری‌ها را از حملات مکرر ویروسی محافظت می‌کند:
۱. سازگاری
هنگامی‌که DNA ویروسی به باکتری‌ها حمله می‌کند، به بخش‌های کوتاهی پردازش و در میان تکرارها به یک اسپیسر جدید تبدیل می‌شود. این‌ها به‌عنوان حافظه ژنتیکی عفونت‌های قبلی عمل می‌کنند.
۲. تولید RNA کریسپر
توالی کریسپر، رونویسی اسپیسرها و ژن‌های Cas را انجام می‌دهد و یک RNA تک‌رشته‌ای می‌سازد. RNA تک‌رشته‌ای حاصل، RNA کریسپر نامیده می‌شود که حاوی نسخه‌هایی از توالی DNA ویروس مهاجم در اسپیسرها است.
۳. تارگتینگ
RNAهای کریسپر، DNA ویروسی را شناسایی کرده و پروتئین‌های مربوط به کریسپر را به سمت آن‌ها هدایت می‌کند. سپس پروتئین، ماده ویروسی موردنظر را برش می‌دهد و تخریب می‌کند. دانشمندان از سیستم‌های کریسپر- Cas9 برای تشخیص توالی‌های خاص DNA استفاده کرده و آن را در فرآیند پرورش محصولات زراعی بهبودیافته به کار می‌برند. دانشمندان به‌جای استفاده از DNA ویروسی به عنوان اسپیسر، توالی‌های موردنظر خود را بر اساس ژن خاص خود قرار می‌دهند. اگر توالی ژن شناخته شده باشد، به‌راحتی می‌توان آن را در کریسپر به کاربرد. سپس دقیقاً مانند اسپیسر برای سیستم عمل می‌کند و پروتئین Cas9 را به یک توالی DNA مَچ، هدایت می‌کند.
مکانیسم ویرایش ژن کریسپر-Cas9
کاربردهای فناوری کریسپر –Cas9 در ویرایش DNA
کریسپر -Cas9 به محققان اجازه می‌دهد کارهای زیر را انجام دهند:
۱- ناک‌اوت کردن (knock out) ژن
خاموش کردن ژن توسط کریسپر با استفاده از یک RNA راهنما (sgRNA) برای هدف قرار دادن ژن‌ها و ایجاد یک شکست دو رشته‌ای با استفاده از اندونوکلئاز Cas9آغاز می‌شود. این شکست‌ها توسط مکانیسم ترمیم ذاتی DNA، یعنی ترمیم عدم اتصال انتهاهای غیر همولوگ (NHEJ) ترمیم می‌شوند. اما NHEJ مستعد خطا است و باعث جهش‌های حذفی یا درجی ژنومی می‌شود که بعداً به خاموش شدن دائمی ژن موردنظر تبدیل می‌شود.
۲- ویرایش ژن بدون DNA
کریسپر می‌تواند بدون وکتورهای DNA برای ویرایش ژن بدون DNA بکار رود که فقط نیاز به RNA یا پروتئین دارد. یک سیستم ویرایش ژن بدون DNA می‌تواند گزینه مناسبی برای ممانعت از احتمال ایجاد تغییرات نامطلوب ژنتیکی ناشی از ادغام تصادفی DNA پلاسمیدی یا وکتور در محل شکست باشد.
۳- ورود ژن یا ناک‌این شدن (knock in) ژن
شکست دو رشته‌ای القاشده توسط کریسپر می‌تواند در ناک‌این شدن ژن بکار رود. که با استفاده از ترمیم به‌واسطه همولوژی انجام می‌شود. درج دقیق تمپلت اهدایی می‌تواند ناحیه کد کننده ژن را تغییر دهد. مطالعات قبلی نشان داده‌اند که از DNA تک‌رشته‌ای می‌توان برای ایجاد جهش‌های درجی دقیق با استفاده از سیستم کریسپر- Cas9 استفاده کرد.
۴- خاموشی موقت ژن
با تغییر دادن پروتئین Cas9، دیگر این پروتئین قادر به برش دادن DNA نیست که خاموشی موقت ژن یا مهار رونویسی نیز صورت می‌گیرد. Cas9 تغییریافته توسط RNA راهنما، نواحی پروموتر یک ژن را هدف قرار داده و رونویسی و بیان ژن را کاهش می‌دهد. فعال کردن موقت یا آپ‌رگولاسیون ژن‌های خاص نیز به‌طور مؤثری انجام‌شده‌اند.
دیدگاهتان را بنویسید