Precise templated editing using endogenous DNA polymerases
تقدم الورقة البحثية تقنية THOR، وهي تقنية تعتمد على نظام CRISPR-Cas9 وتستخدم أدلة ذات ذيول DNA لاستدعاء إنزيمات DNA polymerase داخلية لغرض التحرير الجيني الدقيق، الخالي من الإنزيمات الخارجية، عبر أهداف ونماذج خلوية متنوعة.
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
غالباً ما يُوصف الجينوم البشري بأنه مكتبة شاسعة من التعليمات، مكتوبة بشفرة كيميائية تملي كيف تنمو أجسامنا وتعمل. وأحياناً، يكون حرف واحد في هذه الشفرة خاطئاً، مما يؤدي إلى المرض. لسنوات، عمل العلماء على تطوير أدوات للعثور على هذه الأخطاء وإصلاحها، وهو مجال يُعرف باسم تحرير الجينوم. أشهر هذه الأدوات تعمل مثل مقص جزيئي، حيث تقطع الحمض النووي (DNA) في موقع محدد. وبمجرد إجراء القطع، تبدأ آلية الإصلاح الطبيعية في الخلية في العمل لخياطة الخيوط مرة أخرى. ومع ذلك، فإن عملية الإصلاح الطبيعية هذه غالباً ما تكون فوضوية، مما يؤدي إلى عمليات حذف أو إدراج عشوائية يمكن أن تسبب ضرراً أكثر من النفع. ولتحقيق تصحيحات دقيقة، كان على العلماء سابقاً جلب إنزيمات متخصصة خاصة بهم لنسخ قالب صحيح مباشرة على الحمض النووي. وقد أضاف هذا طبقة من التعقيد، مما جعل الأدوات أكبر وأصعب في الإيصال إلى الخلايا. وكان السؤال المركزي للباحثين هو ما إذا كان بإمكان الآلية الداخلية للخلية، التي تستخدمها كل يوم لنسخ وموادها الوراثية وإصلاحها، أن تُحفز لأداء مهمة التحرير الدقيقة هذه دون الحاجة إلى إنزيمات خارجية إضافية.
قام فريق من الباحثين في شركة "أسترازينيكا" ومؤسسات متعاونة بتطوير نهج جديد يسمى THOR، والذي يرمز إلى "الإصلاح الموجه نحو تشابه القالب" (Template Homology-Oriented Repair)، للإجابة على هذا السؤال. فبدلاً من الاعتماد على إنزيم غريب لنسخ التصحيح، يستخدم هذا الأسلوب جزيئاً موجهاً معدلاً يحمل قطعة قصيرة من الحمض النووي متصلة بنهايته. وعندما يجد الموجه هدفه في الجينوم، فإنه يحدث ثلمة أو قطعاً صغيراً. ثم تعمل قطعة الحمض النووي المتصلة كبادئ (primer)، تدعو إنزيمات "بوليميراز الحمض النووي" الطبيعية الخاصة بالخلية -وهي إنزيمات تمتلكها الخلية بالفعل وتستخدمها للصيانة العادية- للارتباط ونسخ التعديل المطلوب من الموجه إلى الجينوم. وقد أثبت الباحثون أن هذا النظام يعمل بفعالية في الخلايا البشرية، حيث نجح في تثبيت تغييرات جينية محددة في مواقع متعددة دون الحاجة إلى توفير إنزيم نسخ خارجي. ويشير هذا الاكتشاف إلى أن أدوات الإصلاح الداخلية للخلية كافية لأداء تحرير عالي الدقة إذا تم تزويدها بنقطة البداية الصحيحة.
اختبر الفريق هذا المفهوم من خلال مقارنة نظام THOR الجديد بالأساليب الحالية التي تعتمد على "النسخ العكسي" (reverse transcriptase)، وهو إنزيم ينسخ الحمض النووي الريبوزي (RNA) إلى حمض نووي (DNA). وفي تجاربهم، استخدموا خلايا بشرية نمت في المختبر واستهدفوا عدة جينات مختلفة، بما في ذلك تلك المرتبطة بمرض فقر الدم المنجلي. ووجدوا أن نظام THOR، الذي يستخدم إنزيمات بوليميراز الحمض النووي الخاصة بالخلية، يمكنه تثبيت تعديلات دقيقة بمستوى من الدقة يضاهي أفضل الأدوات الموجودة. والأهم من ذلك، ولأن النظام لا يتطلب إنزيماً خارجياً معقداً، فإن الجزيء الموجه يكون أبسط في التصنيع والتعبئة. كما لاحظ الباحثون أن هذه الطريقة تجنبت نوعاً معيناً من النواتج غير المرغوب فيها التي تظهر في الأنظمة الأخرى، حيث يتم نسخ أجزاء من الجزيء الموجه نفسه بالخطأ في الجينوم. ومن خلال استخدام ذيل من الحمض النووي في الموجه، يضمن النظام توقف إنزيمات الخلية الطبيعية عن النسخ بمجرد وصولها إلى نهاية التعليمات، مما يمنع هذه الأخطاء.
كشفت المزيد من التحقيقات عن كيفية سلوك النظام تحت ظروف مختلفة وفي أنواع مختلفة من الخلايا. اختبر الباحثون الطريقة في الخلايا الجذعية الدموية، وهي حاسمة لعلاج أمراض الدم، ووجدوا أن التقنية تعمل بشكل جيد، خاصة عندما يتم تحفيز الخلايا على النمو قبل إجراء التحرير. كما استكشفوا ما إذا كان إضافة مثبطات كيميائية يمكن أن يحسن جودة التعديلات من خلال منع مسارات الإصلاح الفوضوية في الخلية. واكتشفوا أن حظر إنزيمات إصلاح معينة يزيد من نسبة التعديلات الدقيقة، مما يجعل النتيجة أكثر نقاءً. ومع ذلك، وجدوا أيضاً أن النظام لا يعاني من نفس القيود التي تعاني منها الأدوات الأخرى فيما يتعلق بتوفر اللبنات الأساسية داخل الخلية، مما يشير إلى أنه قوي عبر البيئات الخلوية المختلفة. كما اختبر الفريق إيصال النظام باستخدام "الجسيمات النانوية الدهنية"، وهي فقاعات دهنية صغيرة تُستخدم لحمل المادة الوراثية إلى الخلايا، وأكدوا أن الطريقة تظل وظيفية حتى عندما لا يتم حقنها مباشرة في الخلية، رغم أن الكفاءة كانت أقل قليلاً من الحقن المباشر.
بينما يظهر الأسلوب الجديد وعداً كبيراً، أشار الباحثون إلى أنه ليس بديلاً مثالياً لجميع الأدوات الحالية في كل موقف. ففي بعض المواقع المحددة داخل الجينوم، كان النظام أقل كفاءة من الأساليب الأخرى، وتفاوت الأداء اعتماداً على نوع التعديل الذي يتم إجراؤه. وتشير الدراسة إلى أن نجاح الطريقة يعتمد بشدة على التصميم المحدد للجزيء الموجه والتفاعل بين الموجه وإنزيمات الخلية الطبيعية. كما أشار الباحثون إلى إمكانية تحسين استقرار الجزيء الموجه لجعل النظام أكثر فعالية. وبشكل عام، يرسخ هذا العمل مساراً جديداً لتحرير الجينوم بدقة عبر الاستفادة من البيولوجيا الخاصة بالخلية بدلاً من محاربتها. ومن خلال إثبات أن إنزيمات بوليميراز الحمض النووي الداخلية يمكن توجيهها لأداء تحرير دقيق بالقوالب، يفتح هذا البحث الباب أمام أدوات أبسط وأكثر تنوعاً لتصحيح الأخطاء الجينية، مما قد يجعل تطوير هذه العلاجات وإيصالها أسهل في المستقبل.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.