رشته علوم پزشکی طی سالیان متمادی به طور تصاعدی پیشرفت کرده است. از پیشرفتها در توسعه داروهای جدید پزشکی تا پیادهسازی فناوری نانو در دستگاههای نظارت بر سلامت، ما به عنوان یک گونه راه طولانی را پیمودهایم.
یکی از این پیشرفت ها توانایی درک و تغییر ویژگی های فیزیکی و فیزیولوژیکی انسان با تغییر ژنوم آنها است!
این مقاله مقدمهای در زمینه ژنتیک، ژنوم انسان و کاربردهای ویرایش ژن و فناوری CRISPR در اختیار خواننده قرار میدهد.
ژنوم انسان
از نظر بیولوژیکی، انسان ساختاری پیچیده است که دارای تعدادی ویژگی است. این ویژگی ها مانند قد، رنگ مو، رنگ چشم، ویژگی های صورت و غیره را می توان با استفاده از DNA آنها تعیین کرد.
DNA
اسید دئوکسی ریبونوکلئیک (DNA) ماده ای است که از عناصر شیمیایی اساسی (قند، فسفات و بازها) تشکیل شده است که تمام اطلاعات مربوط به ظاهر و عملکرد یک موجود زنده را حمل می کند.
زیست شناسان و متخصصان پزشکی می توانند با مطالعه الگوی DNA، اطلاعات را که برای همه منحصر به فرد است رمزگشایی کنند.
ژن
یک ژن بخش خاصی از DNA است که یک پروتئین را کد می کند. این پروتئین های تولید شده توسط ژن ها هستند که کار انجام عملکردهای DNA را انجام می دهند.
ژن ها به عنوان واحدهای وراثت عمل می کنند و مسئول انتقال ویژگی های خاص از والدین به فرزندانشان هستند.
مجموع ژن ها و مواد ژنتیکی یک موجود زنده را ژنوم آن می نامند. شناخت ژنوم انسان به دانشمندان این امکان را داده است تا راه های جدیدی برای درمان، درمان یا حتی پیشگیری از هزاران بیماری که نوع بشر را مبتلا می کند، توسعه دهند.
اینجاست که ویرایش ژن وارد می شود.
ویرایش ژن
ژنوم یا ویرایش ژن گروهی از فناوریها هستند که به دانشمندان اجازه میدهند DNA یک موجود را تغییر دهند. این فناوریها اضافه کردن، حذف یا تغییر مواد ژنتیکی را در مکانهای خاصی از ژنوم ممکن میسازند.
برخلاف سایر تکنیکهای مهندسی ژنتیک که بهطور تصادفی مواد ژنتیکی را در ژنوم میزبان وارد میکنند، این تکنیکها درجها را در مکانهای بسیار خاص هدف قرار میدهند.
چگونه کار می کند؟
ویرایش ژن شامل آنزیم ها می شود. آنزیم ها پروتئین هایی هستند که فرآیندهای شیمیایی را فعال یا سرعت می بخشند. آنزیم های مهندسی شده مورد استفاده در ویرایش ژن، نوکلئاز نامیده می شوند و می توانند DNA را برش دهند.
نوکلئازها با یک ماده شیمیایی دیگر مهندسی شده اند که آنها را به سمت رشته های DNA که باید برش دهند هدایت می کند. این رشته های DNA بریده شده می توانند بازسازی شوند، اما این بار با اطلاعات مورد نظر تغذیه می شوند تا به رشته های DNA مورد نظر جهش پیدا کنند.
رشته های جدید به معنای ژن های جدید و ژن های جدید به معنای ویژگی های جدید است.
دانشمندان از ویرایش ژن برای بررسی بیماری های مختلفی که انسان را تحت تاثیر قرار می دهند، استفاده می کنند.
آنها ژنوم حیواناتی مانند موش و ماهی را ویرایش می کنند و مشاهده می کنند که چگونه این تغییرات بر سلامت آنها تأثیر می گذارد. آنها سپس از یافته های خود برای پیش بینی اینکه چگونه تغییرات مشابه در ژنوم انسان ممکن است بر سلامت انسان تأثیر بگذارد استفاده کردند.
علاوه بر این، دانشمندان در حال توسعه ژن درمانی هستند. این درمان ها شامل پیشگیری و درمان بیماری ها در انسان با استفاده از ویرایش ژن می شود.
فناوری CRISPR
یک پیشرفت بزرگ در فناوری ویرایش ژن، معرفی تکرارهای کوتاه پالیندرومیک خوشه ای منظم و متقابل (CRISPR) است.
CRISPR بر اساس یک سیستم دفاعی است که به طور طبیعی در برخی از باکتری ها وجود دارد. DNA در چنین باکتریهایی حاوی توالیهای کوتاه پالیندرومیک زیادی است (کلماتی که هم به جلو و هم به عقب یکسان هستند، مانند RAAR).
باکتریها تکههایی از ویروسهایی را که با آنها مبارزه میکردند در داخل این توالیهای پالیندروم ذخیره میکردند.
چگونه کار می کند؟
آنزیم مورد استفاده در CRISPR Cas9 نام دارد. این آنزیم خود را به توالی پالیندرومی آلوده میچسبد و DNA را تکه تکه میکند و اطلاعات مربوط به ویروس را حفظ میکند.
پروتئین Cas مسلح DNA ویروس را تشخیص میدهد و در صورتی که باکتری دوباره توسط همان ویروس آلوده شود، بلافاصله آن را از بین میبرد.
کاربردهای CRISPR
CRISPR به روش های مختلفی از جمله تحقیقات، مراقبت های بهداشتی، پرورش حیوانات خانگی، تولید مواد غذایی، سوخت سبز و موارد دیگر مورد استفاده قرار گرفته است.
1 پژوهش
سیستمهای CRISPR در مطالعات مربوط به کاهش اختلالات ژنتیکی در حیوانات اجرا میشوند و احتمالاً به زودی در این کلینیک برای درمان بیماریهای چشم و خون انسان به کار گرفته میشوند.
چین و ایالات متحده دو کارآزمایی بالینی را با استفاده از CRISPR-Cas9 برای درمان های هدفمند سرطان تایید کرده اند.
فراتر از کاربردهای زیست پزشکی، این ابزارها اکنون در مطالعاتی برای تسریع پرورش محصولات کشاورزی و دام، مهندسی ضد میکروبی های جدید و کنترل حشرات ناقل بیماری با محرک های ژنی مورد استفاده قرار می گیرند.
2. بهداشت و درمان
دانشمندان با اصلاح ژنوم ویروس های کشنده باکتری (باکتریوفاژها) با فناوری CRISPR-Cas9 توانسته اند روش هایی را برای از بین بردن باکتری های مقاوم به آنتی بیوتیک توسعه دهند.
این سیستم ها همچنین امکان ایجاد مدل های حیوانی برای بیماری های انسانی و حذف HIV از سلول های آلوده را فراهم می کنند.
در یک مدل موش از بیماری انسانی، CRISPR یک خطای ژنتیکی را تصحیح کرد که در نتیجه منجر به نجات بالینی موشهای بیمار شد.
3. پرورش حیوانات خانگی
CRISPR روی جنین های اولیه برای ایجاد ارگانیسم های اصلاح شده ژنتیکی استفاده شده است و به حیوانات آزمایشگاهی برای دستیابی به ویرایش ژنی قابل توجه در بافت های آنها تزریق شده است.
رویکردهای مبتنی بر CRISPR برای اصلاح ژنوم حیوانات از جمله موش، موش صحرایی و دیگر پستانداران غیر انسانی استفاده شده است. این رویکردها را می توان برای افزایش بهره وری، مقاومت در برابر بیماری، و فعال کردن صفات/ویژگی های جستجو شده در حیوانات خانگی به کار برد.
با استفاده از CRISPR، حتی ممکن است بتوانیم نسلی از مدل های جدید حیوانات را معرفی کنیم.
4. تولید مواد غذایی
فناوری ویرایش ژن CRISPR می تواند عملکرد و کیفیت محصول را بهبود بخشد. مقاومت به خشکی گیاه، مقاومت در برابر علف کش ها و حشره کش ها، افزایش ایمنی و امنیت غذایی.
همچنین می تواند به حذف مقاومت آنتی بیوتیکی، بهبود ماندگاری محصول و تسریع روند اهلی سازی گیاه کمک کند.
گیاهان با کیفیت بهتر به معنای علوفه با کیفیت بهتر برای حیوانات است و در نتیجه سلامت آنها را افزایش می دهد. از آنجایی که گیاهان و حیوانات اساس زنجیره غذایی ما را تشکیل می دهند، می توانیم کیفیت و محصولات غذایی بهتری داشته باشیم.
5. سوخت سبز
سوخت سبز سوختی است که از منابع آلی تولید می شود و سازگار با محیط زیست است.
CRISPR تولید دو برابر بیودیزل (نوعی سوخت سبز) از جلبک های فوتوتروپیک را ممکن ساخته است.
این سوخت با دو برابر کردن تولید لیپید در جلبک ها، با استفاده از CRISPR برای تغییر ژن ها به دست می آید. لیپیدها قابل احتراق هستند و اساساً بیودیزل را تشکیل می دهند.
اما آیا ویرایش ژن اخلاقی است؟
تغییر مسیر طبیعی عمل مطمئناً باعث ایجاد نگرانی های اخلاقی می شود. تغییر ژنتیک انسانی با استفاده از فناوری های ویرایش ژن، مانند CRISPR، پشتیبانی بی چون و چرای پیدا نکرده است. این به این دلیل است که تغییرات ایجاد شده در ژن های سلول های تخمک و اسپرم می تواند به نسل های آینده منتقل شود.
بحث زیادی در مورد اینکه آیا این فناوری باید برای تقویت صفات طبیعی انسان (مانند هوش یا قد) استفاده شود وجود دارد.
نگرانیهای ایمنی نیز هنگام استفاده از این فناوری به وجود میآیند، زیرا همیشه احتمال ایجاد اثرات خارج از هدف (ویرایشها در مکان نامناسب) و موزاییکسازی (زمانی که برخی سلولها ویرایش را انجام میدهند اما برخی دیگر انجام نمیدهند) وجود دارد.
بر اساس نگرانیهای مربوط به اخلاق و ایمنی، ویرایش ژنوم سلولهای تولید مثل در حال حاضر در بسیاری از کشورها غیرقانونی است.
نتیجه
شناخت ژنوم انسان به ما این امکان را داده است که فناوری مراقبت های بهداشتی را در مقیاس نانو متحول کنیم.
ویرایش ژن و فناوری CRISPR که کاربردهای پیشگامانه ای را در زمینه ریشه کن کردن بیماری ها و حتی اصلاح عیوب انسان ارائه کرده است.
دانشمندان پیشبینی میکنند که این فناوریها کلید ایجاد نسلی عاری از بیماری از هومو ساپینس با ویژگیهای کامل هستند.
نظر شما در مورد ویرایش ژن چیست؟ در نظرات به ما اطلاع دهید.
پاسخ دهید