پیشرفت در ویرایش ژنوم نتایج بزرگی را نوید می دهد

23 سپتامبر 2024-ویرایش ژنوم-اعتبار: کریستین رایشنباخ

پیشرفت‌های اخیر در ویرایش ژنوم، امکانات جدیدی را برای درمان اختلالات ژنتیکی با ابزارهایی مانند CRISPR-Cas در مرکز توجه قرار داده است.اکنون، دانشمندان سیستم ویرایش ژنوم کارآمدتر و فشرده‌تری را با استفاده از TnpB ایجاد کرده‌اند، پروتئینی که پیشرفت‌های قابل‌توجهی در دقت و تحویل دارد.

این پیشرفت درها را برای کاربردهای درمانی باز می کند که می تواند نحوه درمان بیماری های ژنتیکی، به ویژه هیپرکلسترولمی خانوادگی را تغییر دهد.

سیستم CRISPR-Cas که در دهه گذشته تحولی در ویرایش ژنوم ایجاد کرد، در ابتدا به عنوان یک مکانیسم دفاعی در باکتری ها برای دفع ویروس ها تکامل یافت.با شناسایی و برش مکان‌های خاص در DNA، مانند «قیچی» مولکولی عمل می‌کند و اصلاح جهش‌های ژنتیکی را ممکن می‌سازد.

با این حال، اندازه پروتئین‌های Cas اغلب هنگام تحویل آنها به سلول‌های انسانی چالش‌هایی را ایجاد می‌کند. این امر دانشمندان را به کاوش جایگزین‌های کوچک‌تری سوق داده است که هنوز می‌توانند قابلیت‌های ویرایش دقیق ژنوم را ارائه دهند.

یک مطالعه جدید به رهبری جرالد شوانک از دانشگاه زوریخ و ETH زوریخ بر روی پروتئین ویرایشگر ژنوم کوچکتر و کارآمدتر به نام TnpB متمرکز شد که پیش ساز Cas12 است.

TnpB در باکتری‌ها و باستان‌های مختلف، از جمله Deinococcus radiodurans، یکی از مقاوم‌ترین موجودات در برابر تشعشع، یافت می‌شود.

تیم تحقیقاتی TnpB را با موفقیت مهندسی کرد تا کارایی آن را 4.4 برابر افزایش دهد و چالش عملکرد کم که در نسخه های قبلی دیده می شد را حل کرد.

یکی از دستاوردهای کلیدی تیم تحقیقاتی، بهبود توانایی TnpB برای اتصال به DNA بود. نسخه اولیه TnpB توانایی هدف گیری محدودی داشت، اما با اصلاح پروتئین، محققان برد و دقت آن را افزایش دادند.

کیم مارکوارت، اولین نویسنده مطالعه، توضیح داد: «ترفند این بود که ابزار را به دو روش اصلاح کنیم: اول، به طوری که به طور موثرتر به هسته ای که DNA ژنومی در آن قرار دارد برود، و دوم، به طوری که توالی ژنوم جایگزین را نیز هدف قرار دهد.

برای درک بهتر نحوه تعامل TnpB با DNA، این تیم پروتئین را در 10211 سایت مختلف DNA آزمایش کردند.آنها با همکاری کارشناسان هوش مصنوعی، مدلی پیش‌بینی کردند که می‌تواند موفقیت ویرایش TnpB را بر اساس ویژگی‌های سایت هدف پیش‌بینی کند. این مدل به نرخ بازده ویرایش ژنوم تا 75.3 درصد در کبد موش و 65.9 درصد در مغز موش دست یافت.

تمرکز قابل توجه این مطالعه، کاربرد بالقوه TnpB در درمان هیپرکلسترولمی خانوادگی بود، یک بیماری ژنتیکی که بیش از 31 میلیون نفر در سراسر جهان را تحت تاثیر قرار می دهد.این بیماری منجر به افزایش خطرناک سطح کلسترول و افزایش خطر بیماری های قلبی عروقی می شود. محققان با استفاده از سیستم بهینه TnpB خود توانستند ژن‌های مسئول تنظیم کلسترول را ویرایش کنند و سطح آن را تا حدود ۸۰ درصد در موش‌های تحت درمان کاهش دهند.

توسعه TnpB نشان دهنده یک پیشرفت حیاتی در ویرایش ژنوم است که جایگزین کوچکتر و کارآمدتری برای سیستم های CRISPR-Cas ارائه می دهد.

با غلبه بر محدودیت‌های اندازه پروتئین‌های Cas سنتی و بهبود دقت ویرایش، TnpB این پتانسیل را دارد که ژن درمانی را برای طیف وسیع‌تری از بیماری‌های ژنتیکی در دسترس‌تر و مؤثرتر کند.

همانطور که این ابزار به تکامل خود ادامه می دهد، ممکن است آینده پزشکی را با ارائه راه های مطمئن تر و مطمئن تر برای درمان اختلالات ژنتیکی پیچیده از طریق ویرایش دقیق ژنوم، تغییر دهد.