Combinatorial CRISPR/Cas12a excises targeted loci in the mammalian genome at very low efficiency
تُظهر هذه الدراسة أنه على الرغم من قدرة نظام CRISPR/Cas12a على معالجة جزيئات RNA موجهة متعددة من محفز واحد، إلا أن كفاءته في استئصال المواقع الجينومية المستهدفة عبر كسر مزدوج السلسلة مستحث بواسطة أدلة مزدوجة منخفضة للغاية بحيث لا تدعم اختبارات الانتقاء السلبي الحساسة في الخلايا الثديية.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي لبحث مسبق لم يخضع لمراجعة الأقران. وهو ليس نصيحة طبية. لا تتخذ أي قرارات تتعلق بصحتك بناءً على هذا المحتوى. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
إن معظم الجينوم البشري ليس مخططاً لصنع البروتينات، وهي اللبنات الأساسية لأجسامنا. بدلاً من ذلك، يتكون الجزء الأكبر من حمضنا النووي (DNA) من تسلسلات غير مشفرة تعمل كأنها مفاتيح، أو أجهزة تحكم في شدة الإضاءة، أو كتيبات تعليمات، تخبر الجينات متى تعمل أو تتوقف. لطالما اشتبه العلماء في أن هذه المناطق الخفية تحمل مفاتيح فهم العديد من الأمراض والسمات، ومع ذلك فإن دراستها أمر صعب. إن الأداة القياسية لتعديل الجينات، والمعروفة باسم "كريسبر" (CRISPR)، تعمل عن طريق إجراء قطع واحد في الحمض النووي، مما يؤدي عادةً إلى خطأ صغير وفوضوي يعطل وظيفة الجين. وبينما يعد هذا ممتازاً لإيقاف تشغيل جين مشفر للبروتين، إلا أنه غالباً ما يكون أداة فجة للغاية بالنسبة للمناطق غير المشفرة، حيث يكون الهدف هو إزالة جزء محدد من الحمض النووي تماماً لمعرفة ما يحدث عند غيابه. ولفهم هذه المناطق حقاً، يحتاج الباحثون إلى وسيلة لقص قطعة دقيقة من الجينوم ومراقبة رد فعل الخلية، وهي عملية تتطلب إجراء قطعين في وقت واحد والأمل في أن يقوم الجسم بحذف القطعة الموجودة بينهما.
لقد شرع فريق من الباحثين في اختبار ما إذا كان إصدار محدد من نظام كريسبر، يسمى "Cas12a"، يمكنه تنفيذ عملية القطع المزدوج الدقيقة هذه بكفاءة كافية لاستخدامها في تجارب واسعة النطاق. وخلافاً لأداة كريسبر الأكثر شيوعاً، يمتلك Cas12a قدرة فريدة على معالجة سلسلة طويلة من التعليمات إلى العديد من أدلة القطع المنفصلة من نقطة بداية واحدة. وقد أشارت هذه الميزة إلى أنه قد يكون المرشح المثالي للفحص عالي الإنتاجية، حيث يتم اختبار آلاف القطع المختلفة من الحمض النووي في وقت واحد لمعرفة أي منها ضروري لبقاء الخلية على قيد الحياة. صمم الباحثون مكتبة ضخمة من التعليمات الجينية تهدف إلى استهداف المناطق التي تسبق وتلي مباشرة أقساماً معينة من الحمض النووي في كل من الجينات الأساسية، التي لا تستطيع الخلايا العيش بدونها، والجينات غير الأساسية، التي يمكن للخلايا البقاء على قيد الحياة بدونها. كانت الخطة بسيطة: إذا نجح النظام، فسيقوم إنزيم Cas12a بإجراء قطعين، وسيقوم الجسم بحذف الجزء الواقع بينهما، وستموت الخلايا التي تحمل هذه التعليمات إذا كان هذا الجزء حيوياً.
أدخل الفريق هذه التعليمات في ملايين من خلايا سرطان الجلد البشرية وراقب كيفية تغير الجمهرة على مدار ثلاثة أسابيع. توقعوا أنه إذا نجح النظام في إزالة الأجزاء الأساسية، فإن الخلايا التي تحمل تلك التعليمات المحددة ستختفي من الجمهرة، تماماً كما يحدث عندما يتم كسر جين بشكل مباشر. ومع ذلك، كانت النتائج بعيدة عما كانوا يأملونه. فبينما عملت الضوابط (المجموعات الضابطة) بشكل مثالي — حيث ماتت الخلايا التي تحمل تعليمات لكسر الجينات الأساسية مباشرة كما هو متوقع — أظهرت الخلايا التي تحمل تعليمات لإزالة الأجزاء الواقعة بين قطعين عدم تغيّر يذكر في أعدادها. نادراً ما تم إزالة أجزاء الحمض النووي. حلل الباحثون البيانات لمعرفة ما إذا كان بإمكانهم إيجاد نمط يجعل النظام يعمل بشكل أفضل. بحثوا في التسلسلات المحددة للتعليمات، والمسافة بين القطعين، واتجاه القطع، وحتى التركيب الكيميائي للحمض النووي القريب. لم يشكل أي من هذه العوامل فرقاً جوهرياً. ظلت كفاءة طريقة القطع المزدوج منخفضة للغاية لدرجة أنها لا يمكن تمييزها عن الصدفة العشوائية، وفشلت في إنتاج الإشارة الواضحة اللازمة لتحديد أي أجزاء الحمض النووي كانت حاسمة.
قارنت الدراسة أيضاً نتائجهم بنهج مشابه استخدمته مجموعة بحثية أخرى جمعت بين إنزيمين مختلفين من كريسبر لتحقيق نفس الهدف. وحتى مع ذلك الإعداد الأكثر تعقيداً، كان معدل النجاح في إزالة أجزاء الحمض النووي منخفضاً جداً ليكون مفيداً في عمليات الفحص واسعة النطاق. وخلص المؤلفون إلى أنه على الرغم من قوة نظام Cas12a في إجراء قطوع مفردة، إلا أنه لا يمتلك حالياً الموثوقية المطلوبة لاستئصال المواقع المستهدفة بطريقة تسمح للعلماء بفحص آلاف المناطق الجينية في وقت واحد. ومن المرجح أن الفشل يعود إلى حقيقة أن القطعين اللازمين لإزالة جزء ما لا يحدثان في نفس الوقت تماماً في كل خلية، أو أن آليات الإصلاح في الخلية لا تقوم دائماً بربط النهايات بطريقة تؤدي إلى حذف القطعة الوسطى. وإلى أن يتم تحسين الأدوات لجعل هذه القطوع المتزامنة أكثر اتساقاً، تظل هذه الطريقة المحددة لإزالة أجزاء الحمض النووي غير مناسبة للاستكشاف المنهجي الواسع للجينوم غير المشفر الذي تصوره العلماء.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.