تطور مجال العلوم الطبية بشكل كبير على مر السنين. من التطورات في تطوير عقاقير طبية جديدة إلى تطبيق تقنية النانو في أجهزة مراقبة الصحة ، لقد قطعنا شوطًا طويلاً كنوع.
أحد هذه التطورات هو القدرة على فهم وتغيير السمات الجسدية والفسيولوجية للإنسان عن طريق تغيير الجينوم!
يزود المقال القارئ بمقدمة في مجال علم الوراثة ، ويتناول الجينوم البشري وتطبيقات تحرير الجينات وتقنية كريسبر.
الجينوم البشري
من الناحية البيولوجية ، الإنسان هو هيكل معقد له عدد من الخصائص. يمكن تحديد هذه الخصائص ، مثل الطول ولون الشعر ولون العين وملامح الوجه وما إلى ذلك ، باستخدام الحمض النووي الخاص بهم.
الحمض النووي
حمض الديوكسي ريبونوكلييك (DNA) هو مادة تتكون من العناصر الكيميائية الأساسية (السكر والفوسفات والقواعد) التي تحمل جميع المعلومات حول كيف سيبدو الكائن الحي ويعمل.
يمكن لعلماء الأحياء والأخصائيين الطبيين فك شفرة المعلومات ، بشكل فريد للجميع ، من خلال دراسة نمط الحمض النووي.
الجينات.
الجين هو جزء محدد من الحمض النووي يرمز لبروتين واحد. البروتينات التي تنتجها الجينات هي التي تقوم بوظائف الدنا.
تعمل الجينات كوحدات وراثية وهي مسؤولة عن نقل خصائص معينة من الآباء إلى نسلهم.
يُطلق على المجموع الكلي لجينات الكائن الحي والمواد الجينية اسم الجينوم الخاص به. سمح فهم الجينوم البشري للعلماء بتطوير طرق جديدة لعلاج أو علاج أو حتى منع آلاف الأمراض التي تصيب البشرية.
هذا هو المكان الذي يأتي فيه تحرير الجينات.
تحرير الجينات
الجينوم أو تحرير الجينات عبارة عن مجموعة من التقنيات التي تسمح للعلماء بتغيير الحمض النووي للكائن الحي. تتيح هذه التقنيات إمكانية إضافة أو إزالة أو تغيير المواد الجينية في مواقع معينة في الجينوم.
على عكس تقنيات الهندسة الوراثية الأخرى التي تُدخل المواد الجينية بشكل عشوائي في الجينوم المضيف ، فإن هذه التقنيات تستهدف عمليات الإدخال في مواقع محددة للغاية.
كيف تعمل؟
يتضمن التعديل الجيني الإنزيمات. الإنزيمات عبارة عن بروتينات تعمل على تمكين أو تسريع العمليات الكيميائية. تسمى الإنزيمات المهندسة المستخدمة في تحرير الجينات نوكلياز ويمكنها قطع الحمض النووي.
تم تصميم نوكلياز باستخدام مادة كيميائية أخرى توجههم إلى خيوط الحمض النووي التي يتعين عليهم قطعها. يمكن أن تتجدد خيوط الحمض النووي المقطوعة هذه ، ولكن هذه المرة يتم تغذيتها بالمعلومات المرغوبة لتتحول إلى خيوط الحمض النووي المرغوبة.
خيوط جديدة ، تعني جينات جديدة وجينات جديدة تعني خصائص جديدة.
يستخدم العلماء التحرير الجيني للتحقيق في الأمراض المختلفة التي تصيب البشر.
يقومون بتحرير جينومات الحيوانات ، مثل الفئران والأسماك ، ويلاحظون كيف تؤثر هذه التغييرات على صحتهم. ثم استخدموا النتائج التي توصلوا إليها للتنبؤ بكيفية تأثير التغييرات المماثلة في الجينوم البشري على صحة الإنسان.
علاوة على ذلك ، يقوم العلماء بتطوير العلاج الجيني. تتضمن هذه العلاجات الوقاية من الأمراض وعلاجها لدى البشر باستخدام تعديل الجينات.
تقنية كريسبر
إن التقدم الهائل في تقنية تحرير الجينات هو إدخال التكرارات العنقودية القصيرة المنتظمة المتقطعة (CRISPR).
تعتمد تقنية كريسبر على نظام دفاع يحدث بشكل طبيعي في بعض البكتيريا. يحتوي الحمض النووي في مثل هذه البكتيريا على العديد من المتواليات المتناوبة القصيرة (كلمات متشابهة للأمام والخلف ، مثل RAAR).
ستقوم البكتيريا بتخزين أجزاء من الفيروسات التي حاربتها داخل هذه التسلسلات المتجانسة.
كيف تعمل؟
يسمى الإنزيم المستخدم في تقنية كريسبر Cas9. يربط هذا الإنزيم نفسه بالتسلسل المتناوب المصاب ويقطع الحمض النووي إلى أجزاء ، مع الاحتفاظ بالمعلومات حول الفيروس.
يتعرف بروتين كاس المسلح على الحمض النووي الفيروسي ويدمره على الفور في حالة إصابة البكتيريا مرة أخرى بنفس الفيروس.
تطبيقات كريسبر
تم استخدام تقنية CRISPR بعدة طرق بما في ذلك البحث والرعاية الصحية وتربية الحيوانات الأليفة وإنتاج الغذاء والوقود الأخضر وغير ذلك الكثير.
1. ابحاث
يتم تنفيذ أنظمة كريسبر في الدراسات المتعلقة بتخفيف الاضطرابات الوراثية في الحيوانات ومن المرجح أن يتم توظيفها قريبًا في العيادة لعلاج أمراض العين والدم البشرية.
وافقت الصين والولايات المتحدة على تجربتين سريريتين باستخدام تقنية CRISPR-Cas9 لعلاجات السرطان المستهدفة.
إلى جانب التطبيقات الطبية الحيوية ، تُستخدم هذه الأدوات الآن في الدراسات لتسريع تربية المحاصيل والثروة الحيوانية ، وهندسة مضادات جديدة للميكروبات ، والسيطرة على الحشرات الحاملة للأمراض باستخدام محركات الجينات.
2. الرعاية الصحية
تمكن العلماء من تطوير طرق لتدمير البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية عن طريق تعديل جينومات الفيروسات القاتلة للبكتيريا (العاثيات) باستخدام تقنية CRISPR-Cas9.
تتيح هذه الأنظمة أيضًا إنشاء نماذج حيوانية للأمراض البشرية وإزالة فيروس نقص المناعة البشرية من الخلايا المصابة.
في نموذج فأر لمرض بشري ، صححت كريسبر خطأ جيني ، مما أدى إلى الإنقاذ السريري للفئران المريضة.
3. تربية الحيوانات الأليفة
تم تطبيق كريسبر على الأجنة المبكرة لإنشاء كائنات معدلة وراثيًا ، وتم حقنها في حيوانات المختبر لتحقيق تعديل جيني كبير في أنسجتها.
تم استخدام الأساليب القائمة على كريسبر لتعديل جينومات الحيوانات بما في ذلك الفئران والجرذان والرئيسيات الأخرى غير البشرية. يمكن استخدام هذه الأساليب لتعزيز الإنتاجية ومقاومة الأمراض وتنشيط السمات / الميزات المطلوبة في الحيوانات الأليفة.
باستخدام كريسبر ، قد نتمكن حتى من تقديم جيل من النماذج الحيوانية الجديدة.
4. إنتاج الغذاء
يمكن لتقنية CRISPR لتحرير الجينات أن تحسن غلة المحاصيل وجودتها ؛ مقاومة النبات للجفاف ومقاومة مبيدات الأعشاب والمبيدات الحشرية ، مما يزيد من سلامة الأغذية وأمنها.
يمكن أن يساعد أيضًا في إزالة مقاومة المضادات الحيوية ، وتحسين العمر الافتراضي للمنتج ، وتسريع عملية تدجين النبات.
النباتات ذات الجودة الأفضل تعني علفًا أفضل للحيوانات ، وبالتالي يعزز صحتها. نظرًا لأن النباتات والحيوانات تشكل أساس سلسلتنا الغذائية ، فيمكننا الحصول على جودة ومنتجات أفضل للأغذية.
5. الوقود الأخضر
الوقود الأخضر هو الوقود الذي يتم إنتاجه من مصادر عضوية وهو صديق للبيئة.
أتاحت تقنية CRISPR إمكانية إنتاج ضعف كمية وقود الديزل الحيوي (أحد أشكال الوقود الأخضر) من الطحالب الضوئية.
يتم الحصول على هذا الوقود عن طريق مضاعفة إنتاج الدهون في الطحالب ، باستخدام تقنية كريسبر لتعديل الجينات. الدهون قابلة للاشتعال وتشكل بشكل أساسي وقود الديزل الحيوي.
لكن هل تحرير الجينات أخلاقي؟
من المؤكد أن تغيير المسار الطبيعي للعمل يدعو إلى مخاوف أخلاقية. إن تغيير الجينات البشرية باستخدام تقنيات تحرير الجينات ، مثل كريسبر ، لم يجد دعمًا لا لبس فيه. وذلك لأن التغييرات التي تم إجراؤها على جينات البويضات وخلايا الحيوانات المنوية يمكن أن تنتقل إلى الأجيال القادمة.
هناك جدل كبير حول ما إذا كان ينبغي استخدام هذه التكنولوجيا لتعزيز السمات البشرية الطبيعية (مثل الذكاء أو الطول).
تظهر أيضًا مخاوف تتعلق بالسلامة أثناء استخدام هذه التقنية حيث يوجد دائمًا احتمال وجود تأثيرات خارج الهدف (تعديلات في المكان الخطأ) والفسيفساء (عندما تقوم بعض الخلايا بالتحرير بينما لا تقوم الخلايا الأخرى بذلك).
بناءً على المخاوف المتعلقة بالأخلاق والسلامة ، يعد تحرير الجينوم للخلايا الإنجابية غير قانوني حاليًا في العديد من البلدان.
وفي الختام
لقد سمح لنا فهم الجينوم البشري بإحداث ثورة في تكنولوجيا الرعاية الصحية على نطاق نانوي.
تحرير الجينات وتقنية كريسبر التي وفرت تطبيقات رائدة من حيث القضاء على المرض وحتى تصحيح العيوب البشرية.
يتوقع العلماء أن هذه التقنيات هي المفتاح لخلق جيل خالٍ من الأمراض من الإنسان العاقل بخصائص مثالية.
ما هي آرائك حول تحرير الجينات؟ اسمحوا لنا أن نعرف في التعليقات.
اترك تعليق