کریسپر

تناوب‌هایِ کوتاهِ پالیندرومِ فاصله‌دارِ منظمِ خوشه‌ای (به انگلیسی: Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) یا به اختصار کریسپر (به انگلیسی: CRISPR) بخشی از دی‌ان‌ایِ پروکاریوت هستند که حاوی تناوب‌های کوتاهِ توالی‌های بنیادین می‌باشند.

کریسپر نوعی سیستم ایمنی تطابق پذیر در باکتری‌ها است که آن‌ها را قادر به کشف دی‌ان‌ای ویروس و بعد نابودیشان می‌کند. بخشی از سیستم کریسپر، پروتئینی به نام کَس۹ (Cas9) است، که قابلیت جستجو، برش زدن و سرانجام استحالهٔ دی‌ان‌ای ویروس را به روشی خاص دارد. فناوری کریسپر به دانشمندان اجازه می‌دهد، تغییراتی در دی‌ان‌ای سلول‌ها ایجاد کنند.

نقش سیستم کریسپر/Cas در باکتری

ایمنی که به وسیله کریسپر در باکتری ایجاد می شود از دو فاز اصلی تشکیل شده است:

1 ) فاز ایمنی سازی immunization

2) فاز ایمنی immunity 

فاز ایمنی immunity :

در فاز ایمنی به دنبال آلوده باکتری با DNA خارجی ، رونویسی از ژن های سیستم CRISPR/Cas فعال می شود. از ژن های کریسپر یک mRNA نابالغ بنام pre-crRNA ساخته می شود. در بالا دست ژن کمپلکس Cas, توالی trans-activating crRNA وجود دارد که رونوشت این ژن نواحی با توالی تکراری pre-crRNA را شناسایی می کند و با آن ها مکمل می شود، به دنبال RNA polymerase III وارد عمل شده و یک برش ایجاد می کند و موجب تشکیل crRNA بالغ می شود.

در گام بعدی از روی ژن های کمپلکس cas هم پروتیین Cas9 ساخته می شود. سپس کمپلکس Cas9-crRNA-tracrRNA تشکیل می شود. که این کمپلکس لازم و ضروری برای هدف قرار دادن یا تخریب DNAخارجی می باشد.  

فاز ایمن سازی immunization :

حال جای این سوال وجود دارد ، که اگر DNA فاژی وارد باکتری بشود و توالی crRNA برای شناسایی ژنوم فاژ وجود نداشته باشد آیا باز هم باکتری می تواند این DNA فاژی را شناسایی بکند؟

در هنگام مواجه با چنین DNA خارجی ، باکتری این بار از ژن های کمپلکس cas بجای اینکه پروتیین Cas9 را بسازد، پروتیین Cas1 و Cas2 را می سازد. این پروتیین بدون وجود RNA راهنما یا همان crRNA ، DNA خارجی را شناسایی می کند و آن را برش می دهد. سپس قسمتی از این DNA فاژی برش خورده در لوکوس کریسپر باکتری به عنوان واحدهایspacer قرار می گیرد. پس DNA موجود در نواحی spacer لوکوس کریسپر منشاء فاژی دارند.

بدین ترتیب با گذشت زمان مقدار ژن های این قسمت بیشتر می شود و باکتری هنگام مواجه دوباره با ژنوم این فاژ ، وارد فاز ایمنی کریسپر می شود.

اولین مورچه دستکاری ژنتیکی شده با کریسپر

در یک مطالعه ، محققان دانشگاه راکفلر خبر از موفقیت آمیز بودن اولین مورچه مهندسی ژنتیک شده دادند. نوعی از مورچه ها وجود دارند که برای دستکاری ژنتیکی مناسب می باشند.  آن ها را مورچه های مهاجم کلونال می نامند که در دنیای مورچه ها خیلی عجیب و غریب می باشند در واقع در میان کلونی های آن ها ملکه ای انتخاب شده وجود ندارد. هر مورچه ای حق دارد تخم های نابارور خود را بگذارد.

اکنون استفاده از تکنیک کریسپر یک تکنیک روتین در میان محققین شده است در این تحقیق محققین  یک ژن خاص دخیل در حس بویایی مورچه را هدف قرار دادند. در موجوداتی ماند مگس سرکه تنها 46 گیرنده بو وجود دارد درحالی که در مورچه های مهاجم کلونال 450 تا گیرنده بود وجود دارد. برای همین این محققین پیشنهاد دادند که حس بویایی یک امر مهم در اجتماع مورچه ها می باشد و این تیم به دنبال این بود که ببیند چه اتفاقی میوفته اگر این حس را تخریب بکنند.

محققین بعد از دوسال توانستند ژنی به نام orco را سرکوب بکنند و بعد از چندین ماه آزمون و خطا توانستند مورچه ی تراریخته را به کلنی خود باز گردانند و ببینند چه اتفاقی می افتد. مورچه های تراریخته به نظر می رسند قادر به ردیابی بوهایی که سایر اعضا کلنی میزارند نمی باشند. این رفتار موجب بی قراری در آن ها می شود به نظر می رسد این ویرایش ژنومی بر روی کل اجتماع کلنی اثر می گذارد.

این مورچه ها نمی توانند فرمونی که موجب تجمع مورچه ها می شود را تشخیص بدهند در نتیجه تنها می مانند. این تغییرات تنها در رفتار آن ها نمی باشد بلکه ساختار قسمتی از مغز که در بویایی نقش دارد کاهش می یابد.

استفاده از فناوری کریسپر روی انسان

نخستین آزمایش ویرایش ژن با روش CRISPR-Cas9 روی یک انسان، ۲۸ اکتبر سال ۲۰۱۶ برای درمان سرطان ریه انجام شد. در این آزمایش یک گروه چینی به رهبری Lu Yo از دانشگاه سیچوان در شهر چنگدو، سلول‌های ایمنی فرد مبتلا به سرطان ریه را خارج و ژن عامل ایجاد پروتئین PD-1 را غیرفعال کردند. پروتئین PD-1 عملکرد سلول‌های ایمنی را کند می‌کند و به سلول‌های سرطانی اجازه انتشار می‌دهد. پس از ویرایش سلول‌ها آنها را کشت و دوباره به بیمار تزریق کردند.

نگارخانه

• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 

جستارهای وابسته

• سرکوب ژن
• آران‌ای مداخله‌گر
• آران‌ای خاموشگر
• بیوتروریسم
• جنگ بیولوژیک
• زیست‌شناسی مصنوعی

منابع

• مشارکت‌کنندگان ویکی‌پدیا. «CRISPR». در دانشنامهٔ ویکی‌پدیای انگلیسی، بازبینی‌شده در ۱۵ ژوئیه ۲۰۱۶.