محققان عملکرد جدیدی از قیچی ژن CRISPR/Cas9 را کشف کردند



چندین سال است که قیچی ژن CRISPR/Cas9 باعث ایجاد حسی در علم و پزشکی شده است. این ابزار جدید زیست شناسی مولکولی ریشه در سیستم ایمنی باکتریایی باستانی دارد. از باکتری ها در برابر حمله به اصطلاح فاژها، یعنی ویروس هایی که باکتری ها را آلوده می کنند، محافظت می کند. محققان موسسه زیست شناسی ساختاری در بیمارستان دانشگاه بن (UKB) و دانشکده پزشکی دانشگاه بن، با همکاری دانشگاه شریک سنت اندروز در اسکاتلند و آزمایشگاه زیست شناسی مولکولی اروپا در هامبورگ، اکنون یک آزمایشگاه جدید کشف کرده اند. عملکرد قیچی ژنی این مطالعه روز گذشته در مجله علمی مشهور “Nature” منتشر شد.

باکتری ها و فاژها از زمان های بسیار قدیم درگیر مبارزه مرگ و زندگی بر روی زمین بوده اند. زمانی که فاژ مهاجم ماده ژنتیکی خود را به باکتری تزریق می کند، مجبور به تولید فاژهای جدید می شود که به نوبه خود باکتری های بیشتری را آلوده می کند. برخی از باکتری ها در پاسخ سیستم CRISPR را تکامل داده اند. با این سیستم ایمنی باکتریایی، ماده ژنتیکی فاژ شناسایی و از بین می رود.

در همان زمان، قطعات به دست آمده در ژنوم باکتری ادغام می شوند. این یک نوع کتابخانه ایجاد می کند که سیستم ایمنی CRISPR می تواند بارها و بارها به آن دسترسی داشته باشد و بنابراین برای حملات آینده مسلح می شود. علاوه بر این، کشف شد که گونه های به اصطلاح نوع III قیچی ژنی، مولکول های سیگنال کوچکی را تولید می کنند. با کمک این مولکول های کوچک، باکتری ها یک طرح اضطراری پیچیده را تغییر می دهند. این تضمین می کند که می توان با یک ویروس به طور بهینه و در یک جبهه گسترده مبارزه کرد.

محققان موسسه زیست شناسی ساختاری در بیمارستان دانشگاه بن (UKB) و دانشکده پزشکی دانشگاه بن اکنون با همکاری دانشمندان دانشگاه شریک سنت اندروز در اسکاتلند و آزمایشگاه زیست شناسی مولکولی اروپا در این زمینه بررسی کرده اند که چگونه این روش کار می کند. هامبورگ تیم تحقیقاتی کشف کردند که مولکول‌های سیگنال کوچک، در میان چیزهای دیگر، به پروتئینی به نام CalpL متصل می‌شوند که در نتیجه به یک «پروتئاز» فعال تبدیل می‌شود. اینها آنزیم هایی هستند که پروتئین ها را می شکافند و بنابراین به عنوان قیچی پروتئین عمل می کنند. نیلز اشنبرگر، دانشجوی دکترا در موسسه زیست شناسی ساختاری UKB و یکی از دو نویسنده اول این مطالعه می گوید: «پروتئازها در سیستم ایمنی انسان نیز برای انتقال اطلاعات با سرعت بالا استفاده می شوند.

در نهایت، محققان همچنین هدف قیچی پروتئینی تازه کشف شده خود را پیدا کردند. این یک مولکول پروتئینی کوچک به نام CalpT را برش می‌دهد، که مانند یک قفل ایمنی برای CalpS، مولکول سوم پروتئین عمل می‌کند: “CalpS یک پروتئین بسیار محافظت‌شده است که توسط مکانیسم کامل آزاد می‌شود. ماشین رونویسی را به ژن‌های خاصی می‌رساند. کریستف رویون، دانشمند مدعو در موسسه زیست شناسی ساختاری و اولین نویسنده این مطالعه، توضیح می دهد که ما بسیار کنجکاو هستیم که بدانیم این ژن ها چیست. با کشف این آبشار سیگنالینگ پیچیده، محققان اکنون جنبه کاملا جدیدی از سیستم های CRISPR را کشف کرده اند.

نکته مهم در مورد سیستم های CRISPR همچنین این است که می توان آنها را به راحتی برای اهداف بیوتکنولوژیکی و پزشکی مجددا برنامه ریزی کرد. با کمک CRISPR، DNA را می توان به طور خاص تغییر داد – یعنی ژن ها یا بلوک های کامل ژن ها را می توان وارد یا جدا کرد. برخی از بیماری ها مانند آتروفی عضلانی نخاعی (SMA) که منجر به فلج عصبی می شود، امروزه با کمک قیچی ژن قابل درمان هستند.

با این قیچی پروتئین فعال شده با CRISPR، اکنون یک ابزار کاملاً جدید در جعبه ابزار زیست شناسی مولکولی وجود دارد. و شاید این به CRISPR اجازه دهد که در آینده به روش های همه کاره تری استفاده شود.”


دکتر گرگور هاگلوکن، رهبر گروه در موسسه زیست شناسی ساختاری در UKB و عضو منطقه تحقیقاتی بین رشته ای “زندگی و سلامت” در دانشگاه بن

منبع:

بیمارستان دانشگاه بن (UKB)

مرجع مجله:

رویون، سی.، و همکاران (2022) سیگنال دهی ضد ویروسی توسط یک نوکلئوتید حلقوی فعال CRISPR پروتئاز. طبیعت. doi.org/10.1038/s41586-022-05571-7.



منبع