http://vimb.ir/content/news/420/420l.jpg
از زمان تکمیل پروژه ژنوم انسان که نزدیک به 20000 ژن کد کننده پروتئین شناخته شد، دانشمندان در تلاش برای کشف نقش این ژنها هستند.
به گزارش پژوهشکده مجازی بیوتکنولوژی پزشکی، یک روش جدید که در MIT، موسسه Broadو موسسه Whitehead توسعه یافته است، به محققان این اجازه را داده است که با سرعت بیشتری به مطالعه کل ژنوم بپردازند.
این سیستم جدید که به عنوان CRISPR شناخته شده است، به محققان اجازه می دهد تا به طور دائم و به صورت انتخابی ژن ها را از DNA یک سلول حذف کنند. در دو مقاله جدید، محققان نشان دادندکه آنها می توانند با حذف یک ژن متفاوت در هر جمعیت بزرگ از سلول ها، تمام ژن ها را در ژنوم مورد مظالعه قرار دهند.
با این کار، امکان هدایت صفحات ژنتیکی سیستماتیک در سلولهای پستانداران وجود دارد. به گفته David Sabatini(یکی از اعضای موسسهWhitehead، استاد زیست شناسی در MIT و نویسنده ارشد یکی از مقالات) عمده هدف این کار تلاش برای درک عملکرد هر دو نوع ژن کد کننده و غیر کد کننده پروتئین می باشد.
محققان با استفاده از این روش قادر به شناسایی ژن هایی شدند که به سلولهای ملانوما اجازه تکثیر می دهند. این مطالعات با آشکار کردن ژن هایی که برای زنده ماندن سلول های سرطانی ضروری است، به توسعه درمان سرطان کمک می کند.
دکتر Feng Zhang (استادیار مهندسی پزشکی، نویسنده ارشد مقاله و عضو موسسه McGovernدر MIT) با استفاده از یک پروتئین باکتریایی که DNA های ویروسی را تشخیص وبرش می دهد، سیستم CRISPR را توسعه داد. این پروتئین که بنام Cas9 شناخته شده است، توسط مولکولهای RNA کوتاه موسوم به راهنما بکار گرفته شده است،که به DNA متصل می شود تا آن را برش دهد. این مجموعه ویرایش DNA، با تغییر توالی RNA راهنما، کنترل بسیار دقیقی را انجام می دهد.
Zhang می گوید: یکی از چیزهایی که ما پی برده ایم این است که شما به راحتی می توانید برنامه این آنزیم را با یک زنجیره اسید نوکلئیک کوتاه تغییر دهید.
صفحات گسترده ژنوم
دکترZhang و همکارانش در مقاله جدید شان، یک کتابخانه در حدود 65000 رشته از RNA راهنما را ایجاد کردند که هر کدام از ژن های شناخته شده را مورد هدف قرار می دهند. هر سلول یکی از راهنماها را دریافت می کند و ژنی که توسط آن راهنما مورد هدف قرار گرفته است، حذف می شود. اگر ژن از دست رفته برای زنده ماندن ضروری باشد، سلول می میرد.
به گفته دکتر Ophir Shalem: این کار برای اولین بار بطور واقعی بسیاری از جهش ها را در یک حالت کنترل شده نشان داد.
این رویکرد دریچه ای را بسوی بسیاری از امکانات در ژنومیک عملکردی را باز کرد و محققان را قادر به شناسایی ژن هایی کرد که برای بقای دو جمعیت سلولی(سلول های سرطانی و سلول های بنیادی چند توانی) ضروری هستند.
در مقاله دیگر، به رهبری Sabatini و Eric Lander، تیم تحقیقاتی مجموعه کوچکتری در حدود 7000 ژن را مورد هدف قرار داد، اما آنها توالی RNA راهنمای بیشتری را برای هر ژن طراحی کردند. محققان انتظار داشتند که هر توالی بتواند ژن موردهدف خود را به همان اندازه مسدود کند، اما آنها دریافتند که سلول هایی با راهنماهای مختلف برای ژن مشابه، میزان زنده ماندن متفاوتی را از خود نشان می دهند.
Tim Wang می گوید: فرضیه این بود که تفاوت های ذاتی در بین توالی های RNA راهنما وجود داردکه منجر به تفاوت در شکستنDNA و در نتیجه میزان زنده ماندن سلول می شود.
محققان با استفاده از این داده ها قوانینی را استنباط کردند که به نظر می رسید کارایی سیستم CRISPR - Cas9 را کنترل می کند. سپس آنها با استفاده از این قوانین اقدام به ساخت الگوریتمی کردند که می تواند موثرترین توالی را پیش بینی کند.
به گفته Lander : این مقالات با همدیگر قدرت فوق العاده و تطبیق پذیری سیستم CRISPR - Cas9 را به عنوان ابزاری برای کشف مکانیسم های کل ژنوم نشان می دهد. ما تنها در آغاز راه هستیم و فقط قابلیت های این سیستم و بسیاری از برنامه های کاربردی آن را کشف کرده ایم.
جایگزین کارآمد
محققان می گویند که روش CRISPR می تواند یک جایگزین کارآمد و قابل اعتماد تر برای RNA مداخله گر(RNAi) باشد که در حال حاضرگسترده ترین روش مورد استفاده برای مطالعه عملکرد ژن است.
Zhang می گوید: اشکال RNAi این است که mRNA را مورد هدف قرار می دهد و نه DNA را، که به همین خاطر حذف 100 درصد ژن غیر ممکن است.CRISPR به طور کامل می تواند یک پروتئین را در یک سلول حذف کند، در حالی که shRNA سطح آن را کاهش می دهد اما به هیچ وجه آن را کاملا حذف نمی کنند.
Michael Elowitz (استاد زیست شناسی، مهندسی زیستی و فیزیک کاربردی در موسسه تکنولوژی کالیفرنیا) می گوید: نشان دادن تکنیک های جدید یک دستاورد شگفت آور است.
Elowitz (که در این پژوهش شرکت نداشت) می گوید: توانایی انجام چنین کارهای در این مقیاس عظیم و با دقت بالا، انقلابی در زیست شناسی است، بدلیل اینکه ما برای اولین بار توانستیم به فکر انواعی از دستکاری های جامع و پیچیده ژنتیکی در سلول ها باشیم که برای درک نحوه کارکرد فعالیت های ژنتیکی ضروری هستند.
Wang می گوید: پژوهشگران در مطالعات آینده تصمیم به هدایت ژنومی سلول هایی دارند که از طریق حذف ژن های سرکوبگر تومور مانند BRCA1، سرطانی می شوند. اگر دانشمندان بتوانندکشف کنند که کدام ژن برای رشد آن دسته از سلول ها ضروری می باشد، ممکن است بتوانند داروهایی را توسعه دهند که مخصوص یک سرطان خاص است.
این استراتژی همچنین می تواند برای کمک به پیدا کردن داروها مورد استفاده قرار گیرد و سلول های توموری را مورد حمله قرار دهد که در برابر دارو های شیمی درمانی از خود مقاومت نشان می دهند، این کار با شناسایی ژن هایی صورت می گیردکه این سلول ها برای بقا به آن متکی هستند.
Sanjana می گوید: محققان همچنین امیدوارند که از سیستم CRISPR برای مطالعه عملکرد اکثریت ژنومی که پروتئین را کد نمی کنند، استفاده کنند. تنها 2 درصد از ژنوم کد می شود و این 2 درصد چیزی است که این دو مطالعه بر روی آن متمرکز شده است اما واقعیت این است که 98 درصد دیگر هم وجود دارد که برای مدت طولانی به عنوان ماده تاریک در نظر گرفته شده است.
منبع:
Feng Zhang et al. Genome-Scale CRISPR-Cas9 Knockout Screening in Human Cells. Science, December 2013
