أصبح الاختصار كريسبر CRISPR في السنوات الأخيرة مرادفًا لتقنية تعديل الحمض النووي، إذ احتلت الصدارة بين مجموعة الأدوات التي يستخدمها علماء الوراثة الجزيئية وسيلةً لتحديد الشيفرات الجينية ثم تقطيعها بدقة مذهلة.
يرمز كريسبر/كاس أو CRISPR/Cas للتكرارات العنقودية المتناظرة القصيرة منتظمة التباعد /إنزيم الإندونكلياز المرتبط بكريسبر وهو يبحث في وظيفته الأصلية، وسيلة للمناعة في البكتيريا عن الجينات المعروفة للفيروسات الغازية ويعطلها.
اكتشف علماء من جامعة روتشستر وجامعة كورنيل في إيثاكا في الولايات المتحدة أن أداة التعديل الجيني الشهيرة كريسبر تقوم بأكثر من مجرد اكتشاف الحمض النووي الذي يجب قطعه في البكتيريا، إذ تُنسق مع البروتينات الأخرى لحشد الدفاعات ضد الفيروسات الغازية أيضًا.
يسفر تنشيط البروتينات التي تأخذ شكل قمع والمسماة Csx28 – إلى تغيير نفاذية غشاء الخلية الجرثومية، ما يجعل غزو الحمض النووي الفيروسي لآليات الخلية واستغلاها ليتكاثر أمرًا صعبًا.
يقول عالم الكيمياء الحيوية بجامعة روتشستر مارك دومون، والمتعاون في هذه الدراسة المنشورة في مجلة Science؛ إن نتيجة هذه الدراسة غير متوقعة وتثير جميع أنواع الأسئلة الجديدة.
يقول دومون: «على الرغم من عدم وجود تطبيق طبي مباشر، لكن الأفكار المستقاة من هذه النتيجة قد تكون قوية للغاية».
تضمنت الدراسة سلسلة من التجارب، إذ تمت عدوى جرثومة الإشريكية القولونية بفيروسات تصيب الجراثيم ( العاثيات)، وتسمى عاثيات للجراثيم المعوية λ.
تلتصق هذه العاثية بسطح الخلية الجرثومية بطريقة مشابهة لهبوط المركبات الفضائية على القمر، وتحقن العاثية حمضها النووي في الخلية الجرثومية لتكوين نسخ من نفسها.
تقاوم الإشريكية القولونية غزو العاثية، إذ تتعرف باستخدام كريسبر على الحمض النووي المهدد الذي يطابق أجزاء متكررة من الحمض النووي لديها والقادم من العاثيات التي سبق وواجهتها الجراثيم، ثم تستخدم إنزيم يسمى Cas13b لتقطع الحمض النووي الغازي إلى قطع.
وجد الباحثون أن الفيروس يتكاثر ببطء عند وجود Csx28 داخل الخلية الجرثومية. ويعمل هذا البروتين فقط بالترافق مع Cas13b، ما يشير إلى أن البروتينين يعملان مع بعضهما لإيقاف الفيروس.
عندما وُجد كل من Cas13b و Csx28 في الخلية الجرثومية، انخفضت نسبة الجراثيم المصابة بالفيروس التي تحرر جزيئات فيروسية معدية من نحو 19٪ إلى ما يقارب 3٪. ولوحظ انخفاض كبير في أعداد العاثيات لكل مليلتر. بعبارة أخرى، لم يكن الفيروس قادرًا على التكاثر بالقدر المعتاد.
درس الباحثون بنية بروتين Csx28 باستخدام تقنية المجهر الإلكتروني المبرد، ووجدوا أن بنيته تشبه قمعًا مثقوبً في المركز. زاد هذا من احتمالية أن يكون البروتين قد شكل مسامًا غشائيًا يعطل عملية الاستقلاب الغذائي للخلية لجعلها بيئة غير مضيفة للفيروس.
اختبر الباحثون هذه الفرضية باستخدام تقنية تجعل الخلايا تتألق وتشع في حال فقدت كمونها الغشائي، وهو شحنة كهربائية صغيرة ناتجة عن الاختلاف في تركيز الأيونات داخل الخلية وخارجها.
وجدوا أن البروتينين قد تسببا معًا في إزالة استقطاب الغشاء، ما أدى إلى اندفاع الأيونات التي تغير البيئة الداخلية للخلية بشكل جذري. بعد 90 دقيقة، فقدت 40% من الخلايا الجرثومية قطبيتها.
يقول عالم الأحياء الجزيئية بجامعة روتشستر جون لوك، والذي لم يشارك في البحث: «عند قراءة هذه الدراسة، ستقول لنفسك أنها آلية غريبة».
ويضيف: «إنه أمر مثير للإعجاب حقًا أن الفريق حدد هذا البروتين الذي يشبه المسام، والذي لا يشبه أي شيء آخر رأيناه من قبل. هذا مثير لأنه في العلم، عندما نجد شيئًا جديدًا غير مسبوق، فغالبًا ما نكتشف أن هناك عالمًا جديدًا تمامًا خلفه».
اقرأ أيضًا:
ما هي تقنية التعديل الجيني كريسبر؟
لأول مرة استخدام كريسبر داخل الجسم لتصحيح العمى
ترجمة: تيماء الخطيب
تدقيق: فادي الخطيب
