آیا ویرایش ژنی کریسپر باعث جهش‌های ناخواسته می‌شود؟

مقاله تحقیقاتی که به‌تازگی منتشر شده، بحث مناقشه آمیز علاقه دانشمندان به روش ویراش ژنی کریسپر را به مرحله تازه‌ای رسانده است. در این مقاله دوصفحه‌ای که روز 30 مه (9 خرداد) در نشریه ” Nature Methods” منتشر شده، محققان تعداد زیادی جهش‌های غیر هدفمند را در موش‌هایی که تحت یک آزمایش قرار داشته‌اند، گزارش کرده‌اند. اما چیز غیرمعمول در مورد این مقاله این است که نویسندگان این مقاله ضعف بالقوه کشنده این تکنولوژی امیدوارکننده را شرح داده‌اند. البته بسیاری از دانشمندان تصور می‌کنند، این مورد بیشتر به دلیل نقص آزمایش بوده تا خود این تکنیک انقلابی.

کریسپر چیست؟

کریسپر به ‌توالی‌های غیرمعمول دی ان ای اشاره دارد که به ارگانیسم‌ها برای شناسایی تهدیدها-خصوصا ویروس‌ها- کمک می‌کند. نام این روش مخفف تناوب‌هایِ کوتاهِ پالیندرومِ فاصله‌دارِ منظمِ خوشه‌ای است. در توالی دی ان ای، خوشه‌ها در فواصل مشخصی از هم  فاصله می‌گیرند و پالیندرومِ ها در تکرارهای کوتاه با تغییرات اندکی بارها و بارها تکرار می‌شوند.

دانشمندان برای اولین بار در دهه 1980 زمانی که ژنوم آرکی‌ها و باکتری‌ها را مطالعه می‌کردند، متوجه این موضوع شدند. حتی در چنین ژنوم نسبتا ساده‌ای، زیست شناسان متوجه شدند، این توالی‌های عجیب به روشی بسیار خاص بافاصله تکرار می‌شوند. زیست شناسان مولکولی مطمئن بودند که آن‌ها هدف منحصربه‌فردی دارند و نظریه متداول به‌زودی تبدیل به دفاع ویروسی شد که درنهایت در سال 2007 تحت هدایت فیلیپ هورواث به اثبات رسید. بااین‌وجود محققان از اوایل دهه 2010، محققان- به‌خصوص در مورد پتانسیل فوق‌العاده بالای روش کریسپر- شور و اشتیاق خاصی از خود نشان دادند.

کریسپر را می‌توان با ارسال کد مورس در تلگراف مقایسه کرد. هر دنباله حاوی پیامی در موردحمله متفاوتی است و هر فضایی توقفی است که پیام را به پایان می‌رساند.  هنگامی‌که یک ارگانیسم با یک ویروس جدید و خطرناک مواجه می‌شود، نمی‌داند چگونه باید از خود محافظت کند و یا ویروس را از بین ببرد، این چیزی است که مانند بسیاری از پاسخ‌های سیستم ایمنی باید یاد بگیرد. اما چنین چیزی می‌تواند دشوار باشد، چراکه ویروس‌ها مستقیماً به دی ان ای حمله می‌کنند، اما این همچنین باعث می‌شود ویروس از جهاتی آسیب‌پذیر باشد.

محققان قادر به جهش هدفمند هر دو موشی که آزمایش می‌کردند، شدند. اما آن‌ها همچنین تعداد قابل‌توجهی تغییرات اضافی دی ان ای-  1600 جهش ژنتیکی ناخواسته در نوکلئوتید هر موش – در نواحی از ژنوم شدند که قصد تغییر آن را نداشتند
محققان قادر به جهش هدفمند هر دو موشی که آزمایش می‌کردند، شدند. اما آن‌ها همچنین تعداد قابل‌توجهی تغییرات اضافی دی ان ای- 1600 جهش ژنتیکی ناخواسته در نوکلئوتید هر موش – در نواحی از ژنوم شدند که قصد تغییر آن را نداشتند

کریسپر توالی رشته‌های مهم دی ان ای ویروس را می‌قاپد و در پیام‌های کد مورس نگه می‌دارد و هنگامی‌که ویروس مشابهی دوباره حمله می‌کند، کریسپر آن پیام کد مورس را به میدان جنگ می‌فرستد.

همچنین سربازان کریسپر کوچکی به نام کَس (Cas) وجود دارند- آنزیم خاصی برای این مأموریت تولید کرده و تعدادشان با توجه به هدف تعیین‌ می‌شود- که با توجه به اطلاعات کدگذاری شده در پیام به دی ان ای ویروس متصل شده و در نقاط ضعف آن برش می‌دهند. این باعث توقف ویروس می‌شود و به ارگانیسم امکان دفاع از خودش را می‌دهد.

تغییرات ناخواسته دی ان ای

این تیم تحقیقاتی تلاش کرده‌اند که جهش ژنتیکی که موجب نابینایی موش‌ها می‌شود را ترمیم کنند. این کار را می‌توان با تنها تغییر یک دی ان ای در ژنوم موش انجام داد. این محققان قادر به جهش هدفمند هر دو موشی که آزمایش می‌کردند، شدند. اما آن‌ها همچنین تعداد قابل‌توجهی تغییرات اضافی دی ان ای-  1600 جهش ژنتیکی ناخواسته در نوکلئونتید هر موش – در نواحی از ژنوم شدند که قصد تغییر آن را نداشتند. این محققان اعلام کردند که این جهش‌های ناخواسته مرتبط به ویرایش ژنی کریسپر بوده است.

یکی از اهداف اصلی ویرایش ژنی کریسپر، تعین دقیق توالی ژنی است. اما اگر این تکنولوژی با جهش‌های غیرمنتظره و ناخواسته ژنوم باعث بروز عوارض جانبی شود، می‌تواند بسیاری از اهداف کاربردش را خنثی کند. پیش‌ازاین، چندین مطالعه دیگر هم اثرات غیر هدفمند کریسپر را گزارش کرده‌اند، اما این اثرات کمتر از این گروه بوده‌اند.

واکنش‌های تردیدآمیز دانشمندان

برخی شرکت‌های تجاری فعال در زمینه بیوتکنولوژی به دنبال تجاری‌سازی روش ویرایش ژنی کریسپر هستند، اما این اخبار، موجب تغییر سریع سهام این شرکت‌ها شد. کارشناسان به‌سرعت به این مسئله پاسخ دادند. متیو تالیافررو، محققی از موسسه ام آی تی که در زمینه ویرایش ژنی و بیماری‌های ژنتیکی فعالیت می‌کند، در توییتر خود نوشت: “در این آزمایش، هم آنزیم به‌صورت مطلوب عمل می‌کند و هم اتفاق غیرمنتظره‌ای افتاده است.”

دانشمندان هنوز درگیر مناقشات اخلاقی این تکنولوژی هستند، این تکنولوژی با برش توالی ژنی قادر به کارهای عجیبی ازجمله،  اصلاح ژنی حشرات ریزی که تارعنکبوت می‌بافند و یا حذف دی¬ان¬ای بیمارهای مهلک خواهد بود. از طرف دیگر، کودکانی که امروزه متولد شوند شاید دیگر هرگز مبتلابه  بیماری والدین خود نشوند و حتی امکان اینکه به‌طورکلی این سرطان‌های ارثی از بین برود هم وجود دارد
دانشمندان هنوز درگیر مناقشات اخلاقی این تکنولوژی هستند، این تکنولوژی با برش توالی ژنی قادر به کارهای عجیبی ازجمله، اصلاح ژنی حشرات ریزی که تارعنکبوت می‌بافند و یا حذف دی¬ان¬ای بیمارهای مهلک خواهد بود. از طرف دیگر، کودکانی که امروزه متولد شوند شاید دیگر هرگز مبتلابه بیماری والدین خود نشوند و حتی امکان اینکه به‌طورکلی این سرطان‌های ارثی از بین برود هم وجود دارد

آنزیم کَس 9 در سیستم کریسپر چیزی است که درواقع دی ان ای را تغییر می‌دهد و باعث تغییرات ژنتیکی می‌شود. سطح بالای فعالیت‌های آنزیم‌ها می‌تواند منجر به جهش‌های غیر هدفمندی شود و برش‌های بیشتر شانس سلول برای جهش دی ان ای را افزایش می‌دهد. آزمایشگاه‌های مختلف از روش‌های کمی متفاوت استفاده می‌کنند تا مطمئن شوند، تعداد مناسب برش‌ها در نواحی مشخص انجام می‌شود. لوئیس مونتولیو، مدیر مرکز ملی بیوتکنولوژی اسپانیا که در زمینه ویرایش ژن‌های موش با استفاده از روش کریسپر فعالیت می‌کند، در توییتر خود نوشت: “در این آزمایش، روش‌های غیرمعمولی مورد استفاده قرارگرفته‌اند.”

او معتقد است که محققان در این آزمایش میزان نامناسبی مولکول را مورد استفاده قرار داده‌اند، به‌خصوص یک پلاسمید که باعث می‌شود، سلول‌ها آنزیم کَس 9 بیش‌ازحدی تولید کنند. این احتمالا باعث اثرات غیر هدفمند شده است. گیتان بورگیو که آزمایشگاه او در دانشگاه ملی استرالیا تلاش می‌کند تا نقش سلولی را در روش ویرایش ژنی کریسپر مشخص کند. معتقد است، ادعای این مقاله که کریسپر منجر به جهش غیرقابل هدف می‌شود، اثبات نشده است.

بورگیو می‌گوید که ممکن است دلایل زیادی برای مشاهده تغییرات غیرمنتظره در موش‌ها وجود داشته باشد، ازجمله مشکلاتی در تشخیص غیردقیق تغییرات دی ان ای. همچنین برای تعداد بسیار کمی از موش‌ها رویدادهای تصادفی اتفاق  می‌افتد که نشان می‌دهد که مشکل از خود روش ویرایش ژنی کریسپر نیست.

موضوعی که از بسیاری جهات در جامعه علمی بحث‌برانگیز بوده، امکان ویرایش ژنی انسان‌هاست. اما هنوز چنین امکانی به وجود نیامده، اما چندین آزمایش امیدوارکننده در این زمینه انجام‌شده است
موضوعی که از بسیاری جهات در جامعه علمی بحث‌برانگیز بوده، امکان ویرایش ژنی انسان‌هاست. اما هنوز چنین امکانی به وجود نیامده، اما چندین آزمایش امیدوارکننده در این زمینه انجام‌شده است

بورگیو از سال 2014 از کریسپر برای ویرایش دی ان ای موش‌ها استفاده می‌کند و هیچ‌گاه سطح قابل قبولی از جهش‌های غیر هدفمند را در آزمایش‌ها خود مشاهده نکرده‌ است. او می‌گوید، مطمئن است که تحقیقات بیشتر یافته‌های اخیر (محققان مطالعه جدید) را رد می‌کند.

 کریسپر، تکنیکی انقلابی یا روشی بحث‌برانگیز؟

موضوعی که از بسیاری جهات در جامعه علمی بحث‌برانگیز بوده، امکان ویرایش ژنی انسان‌هاست. در واقع باید بدانیم هنوز چنین امکانی به وجود نیامده، اما چندین آزمایش امیدوارکننده در این زمینه انجام‌شده است. یک جفت میمون با تغییرات ژنی خاص از طریق جهش هدفمند و با استفاده از تکنیک‌های کریسپر تولید شده‌اند. هدف این آزمایش شناسایی مشکلاتی ژنتیکی قبل از تولد و مختل کردن ژن‌های معیوب به‌طوری‌که از هرگونه آسیب‌دیدگی جلوگیری شود (اینکه این آزمایش به‌جای موش ر روی میمون انجام‌شده هم مسئله بزرگی محسوب می‌شود.) بوده است. آزمایش‌های دیگر نشان داده‌اند، این روند همچنین می‌تواند به‌طور ایمن برای تغییر دی ان ای جهت مقاومت در برابر عفونت ویروس اچ آی وی مورداستفاده قرار گیرد.

در بهار 2015 گروهی از دانشمندان چینی دی‌ان‌ای 54 جنین را به روش ویرایش ژنی کریسپر اصلاح کردند. 28 عدد از این جنین‌ها با موفقیت اصلاح شدند، ولی 26 جنین یعنی نیمی از آن‌ها، با شکست مواجه شدند. و به‌این‌ترتیب، آزمایش دانشمندان چینی بحث‌های زیادی را در محافل علمی برانگیخت
در بهار 2015 گروهی از دانشمندان چینی دی‌ان‌ای 54 جنین را به روش ویرایش ژنی کریسپر اصلاح کردند. 28 عدد از این جنین‌ها با موفقیت اصلاح شدند، ولی 26 جنین یعنی نیمی از آن‌ها، با شکست مواجه شدند. و به‌این‌ترتیب، آزمایش دانشمندان چینی بحث‌های زیادی را در محافل علمی برانگیخت

بااین‌حال، هیجان‌انگیزترین آزمایش در این زمینه در حال حاضر در چین در حال انجام است، جایی که دانشمندان در تلاش‌اند تا با استفاده از تکنیک‌های کریسپر، دی ان ای آسیب ‌دیده را از سلول‌های زنده بیماران مبتلابه سرطان ریه حذف کنند. اما برای انجام چنین آزمایش‌هایی، نیاز به دوره طولانی از تحقیقات پرهزینه و شکست‌های زیاد تا رسیدن به موفقیت است و حتی پس از موفقیت تکرار دقیق این آزمایش‌ها به کار جدی و سرمایه‌گذاری نیاز دارد. ولی این روند بیش از اینکه اکتشافات جدیدی باشد در واقع اصلاح است؛ به‌عبارت‌دیگر، تنها نیاز به زمان است، دانشمندان تا به‌خوبی دک کنند که چگونه از کریسپر برای کاربردهای مختلف پزشکی بهره ببرند.

و هنگامی که چنین چیزی رخ بدهد (شاید چند سال و یا چند دهه با آن فاصله داشته باشیم)، بسیاری از مسائل تئوریک در مورد دست‌کاری ژنی، نوزادان اصلاح ژنی، ارگانیسم‌های مسلح، تقویت انسان و استفاده درمانی ویرایش ژنی می‌تواند، از قلمروی علمی تخیلی به دنیای حقیقی پای بگذارد.

ادامه کار ویرایش ژنی کریسپر

اگرچه اخبار این آزمایش تأثیر زیادی داشت، اما این موضوع، مسئله تازه‌ای نیست. محققان چند سالی است که جهش‌های غیر هدف را که احتمالا مرتبط به پروتکل‌های کریسپر است، مشاهده می‌کنند. ولی میزان دقیق‌تر آنزیم کَس 9، در بافت‌های انسان مورد استفاده قرار گرفته و محققان در حال توسعه روش‌های مؤثرتری برای جهش‌های غیر هدف در حیوانات هستند. همان‌طور که دانشمندان همچنان به توسعه روش ویرایش ژنی ادامه می‌دهند، واضح است که هنوز تا استفاده از روش کریسپر در درمان ایمن و مؤثر انسان، فاصله ‌داریم.

.

منبع: inverse



ارسال نظر