مروری بر ژن درمانی

اپی زوم‌ها


اپی زوم‌ها معادل یوکاریوتی پلاسمیدهای باکتریایی هستند. در یوکاریوت‌ها بطور معمول اپی زوم‌ها، DNAهای حلقوی بسته‌ای هستند که داخل هسته تکثیر پیدا می‌کنند مانند آدنوویروس‌ها، هرپس ویروس‌ها و پولیوماویروس‌ها. برخی از اپی زوم‌های ویروسی در سیتوپلاسم تکثیر پیدا می‌کنند مانند پوکس ویروس‌ها. برخی از اپی زوم‌ها مانند هرپس ویروس‌ها از مکانیسم دایره غلتان (rolling circle)‏ برای تکثیر خود استفاده می‌کنند مانند آنچه که در مورد فاژهای باکتریایی اتفاق می‌افتد. برخی از آن‌ها از طریق مکانیسم همانند سازی دو جهته (bidirectional replication mechanism)‏ تکثیر پیدا می‌کنند (پلاسمیدهای نوع تتا). در هر دو مورد، اپی زوم‌ها بطور فیزیکی مجزا از کروموزوم میزبان هستند.




انواع مراحل هم یوغی (کانژوگاسیون) در باکتری‌ها


یکی از روش‌های طبقه بندی پلاسمیدها بر اساس انتقال آن‌ها به دیگر باکتری‌هاست. پلاسمیدهای هم یوغی (به انگلیسی: Conjugative plasmids)‏ دارای ژن‌های tra می‌باشند که در فرآیند هم یوغی (کانژوگاسیون) نقش دارد. در هم یوغی، پلاسمید از یک باکتری به باکتری دیگر منتقل می‌شود. پلاسمیدهای غیر هم یوغی توانایی آغاز هم یوغی در باکتری‌ها را ندارند اما می‌توانند با کمک پلاسمیدهای هم یوغی منتقل شوند. انواع مختلفی از پلاسمیدها ممکن است در یک سلول وجود داشته باشد. با این حال، پلاسمیدهای مشابه یا هم خانواده اغلب اوقات ناسازگار (به انگلیسی: incompatible)‏ هستند بطوریکه فقط یکی از آن‌ها در سلول باقی خواهد ماند. این امر به دلیل تنظیم عملکردهای حیاتی آن‌ها اتفاق می‌افتد. پس بنابراین می‌توان پلاسمیدها را در گروه‌های ناسازگاری مختلف طبقه بندی کرد.


روش دیگر طبقه بندی پلاسمیدها بر اساس عملکرد آن هاست:


پلاسمیدهای F یا پلاسمیدهای باروری (به انگلیسی: Fertility)‏ که دارای ژن‌های tra هستند. آن‌ها موجب بیان پیلی جنسی و هم یوغی در باکتری‌ها می‌شوند.
پلاسمیدهای R یا پلاسمیدهای مقاومت که ژن‌های مقاومت نسبت به آنتی بیوتیک‌ها یا ژن‌های توکسین‌ها (سموم) را حمل می‌کنند.
پلاسمیدهای Col که ژن‌های کد کننده باکتریوسین‌ها را حمل می‌کنند. باکتریوسین‌ها، پروتئین‌هایی هستند که می‌توانند سایر باکتری‌ها را از بین ببرند.
پلاسمیدهای تجزیه کننده (به انگلیسی: Degradative plasmids)‏ که این توانایی را به باکتری می‌دهند تا ترکیبات غیر معمول را تجزیه کنند مانند تولوئن و اسید سالیسیلیک.
پلاسمیدهای بیماریزایی (به انگلیسی: Virulence plasmids)‏ که موجب تبدیل یک باکتری غیر بیماریزا به یک باکتری بیماریزا (پاتوژن) می‌شوند.

تفاوت پلاسمید با کروموزوم

پلاسمیدها، عناصری ژنتیکی هستند که ضرورتی چندانی برای سلول ندارند و تنها برخی ویژگی‌ها را به باکتری‌ها می‌دهند که به بقای آنها کمک می‌کند. در صورتیکه پلاسمیدهای سلول حذف شوند، سلول می‌تواند به زندگی خود ادامه دهد. همچنین همانند سازی پلاسمیدها ارتباطی باچرخه سلولی و تقسیم سلولی ندارد. آن‌ها می‌توانند مستقل از چرخه سلولی به تعداد نامحدود (تعداد را نیاز سلول و شرایط محیطی تعیین می‌کند) تکثیر شوند. در هر سلول ممکن است چندین پلاسمید مشابه وجود داشته باشد. با این وجود، کروموزوم‌ها بسیار برای سلول حیاتی هستند و درصورت حذف هر یک از کروموزوم‌ها، سلول خواهد مرد. تعداد دقیق کروموزوم‌ها، بسیار برای تعادل ژنتیکی سلول ضروری است. حتی اگر یکی از کروموزوم‌های همولوگ حذف شوند، این تعادل بهم خواهد خورد. همانند سازی کروموزوم‌ها دقیقاً منطبق با چرخه سلولی است و در هر چرخه سلولی فقط یک بار همانند سازی می‌کنند.

پلاسمید درمخمر

دو نوع وکتور مهم پلاسمیدی در مخمرها عبارتند از YIp و YRp.

YIp، پلاسمید الحاقی مخمری (به انگلیسی: Yeast integrative plasmid)‏ است که برای زنده ماندن و تکثیر وارد کروموزوم مخمر می‌شود.

YRp، پلاسمید همانندساز مخمری (به انگلیسی: Yeast Replicative plasmid)‏ است که پایداری کمتری دارد و در هنگام جوانه زدن مخمر ممکن است از دست برود.


پلاسمید در گیاهان
پلاسمید Ti، پلاسمیدی از باکتری آگروباکتریوم است که در مهندسی ژنتیک برای تراریخته کردن گیاهان بکار می‌رود
پلاسمید در اثر عفونت با باکتری آگروباکتریوم وارد گیاه می‌شود. امروزه از اینگونه پلاسمیدها، پس از انجام تغییراتی بر روی آنها، برای انجام مهندسی ژنتیک در گیاهان، استفاده می‌شود.

پلاسمید در باکتری‌ها

بیشتر باکتری‌های دارای پلاسمیدهایی می‌باشند که به آنها ویژگی‌های تازه‌ای مانند مقاومت به یک آنتی‌بیوتیک خاص، مصرف نوعی قند یا اسید آمینه، تولید رنگدانه، بیماریزایی، تجزیه هیدروکربن‌ها یا مولکول‌های پیچیده شیمیایی و غیره می‌دهد.

اساس کار

در اغلب موارد مطالعات ژن درمانی، نسخه‌ی صحیح یا نوع وحشی ژن به ژنوم الحاق می‌شود. برای وارد کردن ژن به سلول‌های مورد نظر باید از یک حامل که وکتور نامیده می‌شود استفاده کرد. رایج‌ترین وکتوری که مورد استفاده است ویروس‌ها می‌باشند. ویروسی که به عنوان وکتور استفاده می‌شود به طور ژنتیکی معیوب شده و قادر به بیماری‌زایی نیست اما هنوز قادر است که ژنومش را با DNA سلول میزبان ترکیب کند. سلول‌های مورد نظر با وکتور آلوده می‌شوند و وکتور با الصاق یافتن به ژنوم سلول میزبان محموله‌اش را وارد ژنوم سلول می‌کند.

انواع وکتور در ژن درمانی

رترویروس‌ها RETROVIRUSES

ماده‌ی ژنتیکی در رترویروس‌ها به شکل RNA است، در حالی‌که ماده‌ی ژنتیکی میزبان‌شان به شکل DNA می‌باشد. هنگامی که یک روترویروس سلول میزبان را آلوده می‌کند قبل از ترکیب ماده‌ی ژنتیکش با ژنوم میزبان، لازم است که نسخه‌ی DNA ای از مولکول RNA اش تولید کند. این عمل طی فرایندی به نام رونویسی معکوس توسط آنزیم ترنس کریپتاز معکوس انجام می‌شود (اساساً DNA به عنوان الگو برای تولید RNA می‌باشد اما عمل این آنزیم عکس است، به همین دلیل به این صورت نامگذاری شده است). بعد از تولید این نسخه‌ی DNA و آزاد شدن آن در هسته‌ی سلول میزبان توسط آنزیم اینتگراز INTEGRAZ وارد DNA میزبان می‌شود. اکنون ماده‌ی ژنتیک ویروس قسمتی از ماده‌ی ژنتیک میزبان شده و همراه با آن همانندسازی و تقسیم می‌شود.

یکی از معایب استفاده از روترویروس‌ها این است که عمل آنزیم اینتگراز به‌طور تصادفی است بنابراین الصاق ماده‌ی ژنتیک ویروس در مکان مشخصی از ژنوم میزبان صورت نمی‌گیرد. به این ترتیب ممکن است الصاق در میان یکی از ژن‌های سلول میزبان صورت گیرد و ژن در اثر جهش از کار بیافتد و یا اگر در محدوده‌ی یک ژن تنظیم کننده‌ی تقسیم سلولی الصاق شود، تقسیم سلول از کنترل خارج شده و سلول سرطانی می‌شود. به‌علاوه روترویروس‌ها تنها قادر به آمیخته شدن با ژنوم سلول‌هایی می‌باشند که تقسیم سلولی فعال دارند. بنابراین اگرچه در ژن درمانی SCID که سلول‌های هدف قادر به تقسیم می‌باشند وکتور مناسبی است، اما برای درمان‌هایی که سلول‌های هدف تقسیم نمی‌شوند مثل سلول‌های عضلانی قابل استفاده نمی‌باشد.



آدنویروس‌ها Adenoviruses

در تعدادی از پروژه‌های ژن درمانی نظیر درمان فیبروزکیستیک از آدنوویروس‌ها به عنوان وکتور استفاده می‌شود. ماده ژنتیک آدنوویروس‌ها به شکل DNA دو رشته‌ای می‌باشد. آدنوویروس‌ها در انسان سبب عفونت‌های تنفسی، روده‌ای و چشمی می‌شوند. هنگامی که این ویروس‌ها سلول میزبان را آلوده می‌کنند، برخلاف روترویروس‌ها، ماده‌ی ژنتیک‌شان را با ژنوم میزبان الصاق نمی‌کنند و مولکول DNAشان در هسته‌ی سلول آزاد می‌ماند. بنابراین خطر سرطانی شدن سلول‌ها در کاربرد این وکتور وجود ندارد و همچنین برای آلوده سازی سلول‌هایی که قدرت تقسیم ندارند نیز قابل استفاده می‌باشد. اما مشکلی که در به‌کارگیری آدنوویروس‌ها به عنوان وکتور وجود دارد، عدم همانندسازی مولکول DNA آزاد هنگام همانندسازی ژنوم میزبان برای تقسیم سلولی می‌باشد و از این رو سلول‌های حاصل از تقسیم فاقد ژن اضافه شده می‌‌باشد و باید در هر نسل سلولی دوباره مراحل آلوده‌سازی تکرار گردد.


روش‌های غیر ویروسی Non-viral methods

ویروس‌ها تنها راه وارد کردن DNA به سلول‌ها نیستند؛ طی فرایندی به نام ترنسفکشن (Transfection) سلول‌ها می‌توانند DNA مورد نظر را از محیط‌شان جذب کنند. از روش‌های ترنسفکشن تکان دادن سلول با جریان الکتریکی، یا فیوز کردن با لیپوزم حاوی ژن مورد نظر می‌باشد.
اگرچه این تکنیک‌ها به اندازه‌ی وکتور‌های ویروسی کارایی ندارند، اما به جهت ایمنی بیش‌تر نسبت به استفاده از ویروس‌ها مورد توجه‌اند و در فناوری ساخت وکتور تلاش‌های زیادی برای پیشرفت این تکنیک‌ها صورت گرفته و می‌گیرد.

با اینکه در آغاز هدف آزمایش‌های ژن درمانی، درمان بیماری‌های ژنتیکی نظیر SCID، فیبروزکیستیک و هایپرکلسترولمیای ارثی بود، اما امروزه نگاه دانشمندان از چنین بیماری‌های نادری که به علت نقص یک ژن منفرد ایجاد می‌شوند به سمت بیماری‌های رایج‌تر که اساس پیچیده‌تری دارند از قبیل انواع سرطان و بیماری‌های قلبی – عروقی متمرکز شده است که در شماره‌های بعدی به آن خواهیم پرداخت.


در زیر به برخی تکنیک‌های ژن درمانی سرطان اشاره می‌شود:

• دانشمندان تلاش می‌کنند که ژن جهش یافته را که باعث سرطان شده است را با ژن سالم جابه جا کنند. برای مثال جهش در ژن P53 که یک ژن آنتی توموردر سلول‌های سالم بدن است می‌تواند سبب سرطان شود. در واقع P53 یک مکانیسم طبیعی و ذاتی برای توقف رشد تومور در بدن است. جاگزینی P53 معیوب با نسخه‌ی سالم آن می‌تواند این مکانیسم طبیعی مقابله با سرطان را به سلول‌ها بازگرداند.


• برخی دانشمندان بر روی راه‌هایی تحقیق می‌کنند که پاسخ ایمنی بیمار را در مقابل تومور تقویت کنند. در این روش‌ها دانشمندان با بهره‌گیری از تکنولوژی ژن درمانی، توانایی طبیعی بدن در حمله به سلول‌های سرطانی را تحریک می‌کنند. در یکی از متود‌های تحت بررسی دانشمندان مقداری نمونه خون از بیمار می‌گیرند و ژن تولید کننده‌ی پروتئین گیرنده‌ی Tcell را به لنفوسیت‌های T نمونه خون بیمار منتقل می‌کنند. این سلول‌ها در مقابله با آنتی‌‌ژن آن را می‌بلعند. سپس نمونه‌ی دستورزی شده را به جریان خون بیمار بازمی‌گردانند. در بدن لنفوسیت‌ها از این ژن، پروتئین TCR تولید می‌کنند که در سطح سلول‌ جامی‌گیرند. TCRها مولکول‌های خاصی را در سطح سلول‌های سرطانی شناسایی می‌کنند و به آن متصل می‌شوند. به این ترتیب لنفوسیت به سطح سلول سرطانی هدایت شده و به آن اتصال یافته و شروع به بلعیدن آن می‌کند. با این روش لنفوسیت قادر می‌شود به تومورحمله کند و آن را نابود سازد.


• در نوعی درمان محققان ژن‌های انتهاری را به سلول‌های سرطانی معرفی می‌کنند. سپس داروهای سمی که به صورت غیرفعال یا prodrug می‌باشند را به بیمار می‌دهند. محصول ژن‌های اینتهاری پروتئینی است که با ایجاد تغییر در ساختمان داروی غیرفعال، آن را فعال می‌کند. داروی فعال شده آن سلول‌های سرطانی را تخریب می‌کند.


• در روشی دیگر که سلول‌های سرطانی را هدف قرار می‌دهند، دانشمندان در تلاش اند تا با تکنیک‌های ژن درمانی حساسیت سلول‌های سرطانی را نسبت به شیمی درمانی ، پرتو درمانی و درمان‌های دیگر بالا ‌برند. محققان، سلول‌های بنیادین سازنده‌ی خون را - که آسیب پذیری آنها نسبت به شیمی درمانی و پرتو درمانی، استفاده از این روش‌ها را محدود می‌سازد- از بدن بیمار خارج می‌کنند و با وارد کردن برخی ژن‌ها آنها را نسبت به اثرات جانبی دز بالای داروهای ضد سرطان مقاوم‌تر می‌سازند و سپس آنها را به بدن بیمار بازمی‌گردانند.


• از جمله توانایی‌های توده‌های سرطانی رگ‌سازی (آنژیوژنز) می‌باشد تا از این طریق مواد غذایی لازم برای تکثیر بیشتر را دریافت کنند. از این رو تلاش می‌شود با مهار آنژیوژنز از رشد توده و متاستازی جلوگیری کنند. عده‌ای از محققان در به خدمت‌گیری فناوریهای مهندسی ژن در این بخش از روند درمان متمرکز شده اند.


پیشرفت های جدید

• روش جدید ژن درمانی برای نابودی سلول های سرطان پستان
محققان آمریکایی روش جدید ژن درمانی خود را مستقیما روی یک نوع سلول سرطان پستان آزمایش کردند که باعث نابودی سلول شد.

به گزارش سرویس پژوهشی خبرگزاری دانشجویان ایران (ایسنا) منطقه مرکزی، سرپرست این تحقیق «مین چین هانگ» از مرکز سرطان «اندرسون» در دانشگاه تگزاس می گوید: دانشمندان در تحقیقات سلولی و آزمایش هایی که بر روی موش ها انجام دادند، جهش ژنی «BiKDD» را یافتند که بطور قابل توجهی مقاومت در برابر درمان در سلول های اولیه سرطان را کاهش می دهد که این امر با جلوگیری از فعالیت سه پروتئین از خانواده Bcl ۲ اتفاق می افتد.

روش ژن درمانی جدید به عملکرد بهتر «Lapatinib» که یکی از دارو های معمول در شیمی درمانی سرطان پستان است، کمک می کند.

بر اساس این گزارش، این روش مستقیما بر روی سلول های سرطان پستان عمل می کند. روش جدید ژن درمانی می تواند مقاومت سلول ها در برابر داروها را کاهش دهد و اندازه سلول ها را در موارد عود مجدد بیماری کوچکتر کند.
ژن درمانی از طریق میتوکندری نیز افق تازه ای است که بنا به خصوصیات ی که میتوکندری دارد نیز می تواند دریچه ای جدید در این خصوص باشد.توضیح مفصل این نوع ژن درمانی در پیوست جزوه تقدیم خواهد شد.

ژن درمانی به منظور دوپینگ در ورزشکاران می تواند جان آنان را بگیرد

محققین دریافته اند که ورزشکاران در صورت استفاده از تکنیک ژن درمانی به منظور بهبود فعالیتهای فیزیکی بدن خود می توانند جان خود را در معرض خطری کاملاً جدی قرار دهند.
به گزارش خبرنگار سایت پزشکان بدون مرز ، پیشرفت های پزشکی در سالهای اخیر سبب شده تا توجه بسیاری از ورزشکارانی را که در جستجوی یافتن شیوه ای بهتر از استفاده از استروئیدها هستند، به ژن درمانی جلب شود .
اما دانشمندان هشدار می دهند ژن درمانی می تواند خطر بسیار بزرگی را برای ورزشکاران در بر داشته باشد و ورزشکاران در صورتی که بخواهند حتی یک بار تأثیرات آن را آزمایش کنند، جان خود را در معرض خطری جدی قرار می دهند.
ژن درمانی در برخی از شیوه های درمان با تأثیرگذاری بر روی ژنهای معیوب و یا تغییر درجه حرارت روشن و خاموش شدن ژنها تأثیرات مثبتی از خود نشان داده است، اما محققان پس از مرگ «جس جلسینگر» ۱۸ ساله طی دوره تحقیقاتی در سال ۱۹۹۹ درباره این شیوه درمانی بسیار محتاط شده اند.