تقنية قطع الحمض النووي وتعديله (CRISPR)

يبدو الأمر وكأننا قمنا بقفزة هائلة للأمام في مجال تعديل الجينات؛ فقد تمكن العلماء بتلك الأداة البسيطة من قطع وتعديل الحمض النووي (DNA) وهذا يسرع من وتيرة التقدم في معالجة الأمراض والوقاية منها.

ينشر الباحثون نتائج أعمالهم التي تتابع بسرعة غير مسبوقة باستخدام تلك التقنية المسماة كريسبر-كاس9 (CRISPR-Cas9) والتي أظهرت قدرتها على قطع الحمض النووي الريبوزي منزوع الأكسجين (DNA) لأول مرة عام 2011، إنها تتكون من بروتين، وابن عم (DNA) المسمى الحمض النووي الريبوزي (RNA)، يستخدمها العلماء لقطع (DNA) في مواقع محددة للغاية، فيتمكنون من إزالة أجزاء الجينات المتحورة من المادة الجينية للفرد.

في السنة الماضية فقط، نُشرت عشرات الأبحاث حول العالم، مُفصلةً نتائج تلك الدراسات –بعضها كان واعدًا والآخر جاء حرجًا– والتي استخدمت (كريسبر-CRISPR) لقطع وتبديل (DNA) غير المرغوب، لتطوير علاج لأمراض مثل السرطان، وفيروس نقص المناعة المكتسبة (HIV)، والعمى، والآلام المزمنة، وضمور العضلات، وداء هنتنغتون.

«لقد ازدات سرعة اكتشافات البحوث الأساسية بشكل كبير، وهذا بفضل تقنية (كريسبر-CRISPR)»
هكذا وضّح عالم الكيمياء الحيوية، والخبير في مجال (كريسبر)، (سام ستيرنبيرج- Sam Sternberg)، وهو قائد فريق التطوير التكنولوجي في بركلي، شركة كاريبو للعلوم البيولوجية بكاليفورنيا California-based Caribou Biosciences Inc والتي تقوم بتطوير حلول مبنية على (كريسبر) في الطب، والزراعة، وبحوث البيولوجيا.

وبالرغم من أننا سننتظر قليلًا من السنوات حتى يُعالج البشر باستخدامها إلا أنه يقول: «يكاد لا يمر يوم بدون ظهور العديد من المنشورات العلمية مخبرةً إيانا بنتائج جديدة عن صحة الإنسان وجيناته والتي ستعود علينا بالفائدة».

بالطبع، ليس البشر النوع الوحيد الذي يمتلك (جينوم Genome).

لدى تقنية (كريسبر) العديد من التطبيقات على الحيوان والنبات أيضًا، بداية من تعطيل الطفيليات، كتلك المسببة للملاريا و(مرض لايم Lyme- disease)، إلى تحسين محاصيل البطاطس، والليمون، والطماطم.

قال عالم البيولوجيا الجزيئية (جاسون شيلتزر- Jason Sheltzer) المحقق الأساسي في مختبر شيلتزر، ومختبر (Cold Spring Harbor) في نيويورك :«إن (كريسبر-(CRISPR تقنية في غاية الفعالية، فقد قامت بثورة في الحياة اليومية لمعظم المختبرات».

يستخدم شيلتزر وفريقه (كريسبر) لفهم بيولوجيا الكروموسومات، وكيف ترتبط الأخطاء فيها بحدوث السرطان.

كما أضاف (نيفيل سانجانا-Neville Sanjana) من مركز الجينوم بنيويورك، وهو أستاذ مساعد في البيولوجيا وعلم الأعصاب وعلم وظائف الأعضاء بجامعة نيويورك:
«أنا متفائل جدًا، سيشهد العقد القادم تحول مجال تعديل الجينات، من كونه مجرد أداة للبحث، إلى شيء يُمكننا من العلاج بالعيادات».

والآن، سنبدأ بجولة في التقدم الذي أحرزته (كريسبر) في معركتنا مع 10 من الأمراض، والتي تظهر قدرات تلك التقنية ولمحات عما يمكن أن تفعله:

السرطان:

شغل علاج مرض السرطان البشرية منذ الطبيب الإغريقي أبقراط -الذي عاش بين 460 و370 ق.م- مطلقًا عليه كلمة (Karkinos) والتي تعني السرطان بالإغريقية*.

ولأن السرطان –كالعديد من الأمراض– ينتج من طفرات في جينوم الشخص، يقول الباحثون أنه من الممكن أن يُبتكر علاجًا مبنيًا على (كريسبر) والذي سيبطئ من انتشار السرطان بالجسم، وربما يعالج المرض تمامًا.

وقد ظهر العمل مبكرًا في هذا المجال بالصين، نظرًا للأريحية التنظيمية بها عن تلك الموجودة بالولايات المتحدة.

في أكتوبر عام 2016، تلقى أول مريض بسرطان الرئة في الصين حقنًا بالخلايا المعدلة بواسطة (كريسبر) كما (بلغت مجلة ناتشر Nature)، فأصبح الأول من بين عشرة مرضى آخرين تلقوا العلاج.

عدّل الباحثون بقيادة طبيب الأورام ليو يو، في جامعة سيتشوان، الخلايا المناعية المأخوذة من دم المريض ذاته، وعطّلوا الجين المنتج للبروتين الذي تستخدمه خلايا السرطان للانقسام والتكاثر.

يكمن الأمل في منع هذا البروتين وبالتالي توقف خلايا السرطان عن الانقسام وفوز خلايا المناعة.

تُبصر فرق البحث في الولايات المتحدة طرقًا لاستخدام التقنية في محاربة السرطان أيضًا.

نال الطبيب كارل جون الموافقة من المعهد الوطني للصحة (the National Institutes of Health) لبدء التجارب الإكلينيكية على 18 من مرضى السرطان في المراحل المتأخرة، كالميلانوما (أحد أنواع سرطان الجلد- Melanoma)، والساركوما (سرطان الأنسجة الضامة-Sarcoma)، والمايلوما المتعددة (سرطان نخاع العظام- Multiple Myeloma).

يستخدم الباحثون (كريسبر) في هذه التجربة لتعديل ثلاث جينات في خلايا المريض المناعية، أملًا أن تقوم هذه الخلايا بتدمير السرطان في الجسم.

الطبيب كارل جون هو مدير أبحاث الترجمة “translational research” في مركز أبرامسون للسرطان في جامعة بينسيلفانيا.

فيروس نقص المناعة البشرية المكتسبة (HIV):

إبادة فيروس (HIV)، المسبب لمرض الإيدز، كانت معركة شاقة.

لا يصيب الفيروس خلايا المناعة التي تهاجمه فقط، ولكن للفيروس سمعة سيئة في تحوير الجينات وإحداث الطفرات والأورام.

بعدما يحتل الفيروس خلية ما في الجسم، فإنه يبدأ في التكاثر وإنتاج نسخ متباينة جينيًا من نفسه، مما يساعده على تجنب تأثير العلاج.

تلك المقاومة للأدوية أصبحت مشكلة كبيرة عند علاج المرضى المصابين بالفيروس، تبعًا لما ذكرته منظمة الصحة العالمية.

وضعت تقنية (كريسبر) ذلك الفيروس في الحسبان.

ففي مايو من عام 2017 ، استخدم الباحثون -من جامعتي تمبل وبيتسبرغ- تقنية (كريسبر) لقطع جينات الفيروس من الخلية المصابة، معطلين قدرته على التكاثر.

للمرة الأولى، وجد الباحثون طريقة للقضاء على فيروس (HIV)، بعد أن استخدموا هذه التقنية واختبروها على ثلاث نماذج حيوانية مختلفة، وذلك بقيادة (تشن يانغ-Chen Liang) أخصائي الفيروسات في جامعة ماكجيل في مونتريال.

وقد نُشرت الدراسة في مجلة العلاج الجزيئي (the journal Molecular Therapy).

داء هنتنغتون :(Huntington’s disease)

لدى ما يقارب 30 ألف شخص في الولايات المتحدة حالة وراثية تُسمى داء هنتنغتون، وهو اختلال جيني مميت، يؤدي إلى تدهور الأعصاب بالمخ، طبقًا لما أوردته جمعية داء هنتنغتون في أمريكا.

تشمل أعراض المرض تغيرات في الشخصية، واضطراب الحالة المزاجية، ومشية غير مستقرة، وعدم انتظام الحديث وصعوبة الكلام.

تنتج هذه الحالة من خطأ جيني، يزداد الجين طولًا عن الطبيعي بمرور الوقت منتجًا بروتين أطول من الشكل المعتاد، يسمى بروتين هنتنغتين (Huntingtin)، الذي يتحلّل إلى شظايا أصغر وأكثر سُمية تتجمع في الأعصاب، معطلةً من وظائفها، طبقًا للمعهد الوطني للصحة.

ولكن في شهر يونيو من عام 2017، أشار العلماء في مجلة التحقيقات الإكلينيكية (Journal of Clinical Investigation) أنهم عكسوا آثار المرض في فئران الاختبارات، فقد عدلوها وراثيًا بإدخال الجين المنتج لبروتين هنتنغتين البشري بدلًا من جين الفأر.

سو يانغ Su Yang (زميل ما بعد الدكتوراة في قسم الجينات البشرية في جامعة إيموري بأتلانتا) ورينباو تشانغ Renbao Chang (من معهد الجينات والبيولوجيا التنموية في الأكاديمية الصينية للعلوم)، كلاهما استخدم (كريسبر) لقطع جين هنتنغتين المتحور، والذي يُنتج هذه البروتينات السامة.

بعدما فعلوا ذلك، قل عدد الشظايا السامة في أدمغة الفئران، وبدأت الأعصاب في التعافي من جديد.

استعادت الفئران المصابة بعض التحكم في الوظائف الحركية والتوازن وقوة القبضة.

بالرغم من أن أداء بعض الفئران المختبرة كان أقل من الفئران الطبيعية في بعض المهام، إلا أن النتائج أظهرت قدرة (كريسبر) على علاج هذه الحالة.

كما أشار العلماء في هذا الصدد إلى أهمية إجراء دراسات أخرى أكثر صرامة قبل تطبيق هذه التقنية على البشر.

ضمور عضلات دوشين (Duchenne muscular dystrophy):

هي حالة منهكة للعضلات؛ تحدث بسبب طفرة في جين يُعد من أطول الجينات في الجسم، يُسمى جين ديستروفين (Dystrophin Gene).

وجد فريق من الباحثين طريقًا لمواجهة هذا المرض بواسطة (كريسبر) في المركز الطبي الغربي الجنوبي بجامعة تيكساس، بقيادة أستاذ البيولوجيا الجزيئية إريك أولسون.

يتوقف الجسم عن إنتاج الشكل الوظيفي من بروتين ديستروفين، الضروري لصحة الألياف العضلية، وذلك بسبب الطفرة في الجين المذكور.

مع مرور الوقت، يتسبب نقص هذا البروتين في تلفٍ تدريجي للعضلة مؤديًا لضعفها.

في أبريل من عام 2017، ذكر ألسون وفريقه في (the journal Science Advances)، أنهم استخدموا نوع مختلف من أدوات (كريسبر) يُدعى (CRISPR-Cpf1)، لتصحيح الطفرة المؤدية للمرض.

لقد أصلحوا الجين في الخلايا البشرية النامية على أطباق المختبر وفي الفئران الحاملة لهذا الجين المعيب.

إن (CRISPR-Cpf1) هي نوع آخر من الأدوات المستخدمة لتعديل الجينات.

إنها تختلف عن الأداة الشائعة (كريسبر-كاس9 CRISPR-Cas9).

فهي أصغر؛ فتصل إلى العضلات بطريقة أسهل، طبقًا لتصريح من المركز الطبي الغربي الجنوبي بجامعة تكساس.

إنها تتعرف على تتابع مختلف من (DNA) عن كاس9 مما جعل تعديل جين ديستروفين الطويل أمرًا في المتناول.

منع العمى:

تُعد كمنة ليبر الوراثية (Leber congenital amaurosis)، أحد أكثر الأسباب شيوعًا لفقدان النظر عند الأطفال، فهي تصيب من اثنين إلى ثلاثة أطفال بين كل 100 ألف طفل من حديثي الولادة، طبقًا للمعهد الوطني للصحة.

إنها حالة وراثية، تحدث بسبب طفرة في 14 جينًا على الأقل، تلك الجينات المسؤولة عن النظر الطبيعي.

شركة إيديتاس للتكنولوجيا الحيوية بكامبردج-ماساتشوستس تعمل على علاج مبني على تقنية (كريسبر) للنوع العاشر من هذا المرض.

تهدف الشركة إلى إنهاء الأوراق المطلوبة من إدارة الغذاء والأدوية الأمريكية (FDA) بحلول نهاية عام 2017، وذلك للبدء في محاولات العلاج البشري لهذه الحالة، كما ذكر الموقع الإلكتروني (Xconomy).
فنغ شانغ (المشارك في تأسيس شركة إيديتاس وأستاذ الهندسة الحيوية بجامعة MIT) أوضح أن (CRISPR-Cas9) يمكن أن تستخدم في الخلايا البشرية.

وفي تلك الأحيان، أوضح كلًا من جينيفر دودنا (من جامعة كاليفورنيا-بركلي) و إيمانويل شاربنتييه (من جامعة فيينا) أيضًا أنها تستطيع قطع (DNA) وقدموا بذلك براءة اختراع في التكنولوجيا عام 2012.

قدّم معهد برود (Broad Institute) -كونه جزءًا من جامعة (MIT)- براءة الاختراع في أبريل عام 2014، وتتبعها بسرعة حتى حصل عليها.

وسرعان ما أُلغيت في فبراير 2017، بعد أن قامت جامعة كاليفورنيا-بركلي برفع دعوى قضائية مطالبة بأسبقيتها في براءة الاختراع، هذا كما ذكرت مجلة ناتشر.

الألم المزمن:

الألم المزمن ليس حالة جينية متوارثة، وبالرغم من ذلك، يستكشف العلماء طرائق استخدام (كريسبر) لتقليل ألم الظهر والمفاصل؛ وذلك عن طريق تغيير جينات الخلايا المناعية وتقليل عملية الالتهاب.

في الظروف الطبيعية، عملية الالتهاب هي طريقة الجسم في إخبار الجهاز المناعي أن يقوم بإصلاح الأنسجة المتضررة.

ولكن الالتهاب المزمن –على النقيض من ذلك– قد يؤدي لتلف الأنسجة، وبالنهاية إلى الألم غير المحتمل.

في مارس عام 2017، أوضح فريق من الباحثين بقيادة الأستاذ المساعد في الهندسة الحيوية روبي باولز في جامعة يوتا، أنهم استخدموا (كريسبر) لمنع خلايا محددة من إنتاج الجزيئات التي صُممت لتدمير الأنسجة وإحداث الالتهاب المسبب للألم، طبقًا لتصريح من الجامعة.

تؤخر التقنية حدوث تلف الأنسجة بعد العمليات الجراحية بالظهر.

هذا بإمكانه أن يسرع عملية الالتئام ويقلل الاحتياج لعمليات أخرى لتصحيح تلف النسيج.

(مرض لايم Lyme Disease):

يريد أخصائي البيولوجيا التطورية في (MIT)، كيفين إسفيلت، القضاء على مرض لايم، الذي تسببه بكتيريا تنتقل للإنسان عن طريق عضة حشرة قراد الغزلان (Deer-Tick).

إذا تُرك المريض بهذا المرض بدون علاج، فإن العدوى ستسبب التهاب المفاصل، وألم الأعصاب، وخفقان القلب، وشلل الوجه، وغيرها من المشاكل طبقًا لمركز التحكم في الأمراض (CDC).

بالرغم من أن البكتيريا التي تسبب المرض تنتقل للإنسان عن طريق قراد الغزلان، إلا أن القراد لا يحتوي على هذه البكتيريا بمجرد فقس البيض وخروجه للحياة.

بدلًا من ذلك، يصاب القراد بالبكتيريا عندما يتغذى، خاصةً على الفئران ذوي الأقدام البيضاء.

يريد إسفيلت أن يقلل المرض مستخدمًا كريسبر-كاس9 (CRISPR-Cas9) ليعدل تلك الفئران جينيًا، مكسبًا إياهم ونسلهم مناعةً ضد هذه البكتيريا، فلا تنتقل للقراد ولا للإنسان، كما ذكر موقع (Wired).

في يونيو عام 2016، قدّم إسفيلت حله للمقيمين بجزر نانتوكيت، وحقول مارثا الموجودين في ماساتشوستس، حيث يوجد مشكلة بانتشار مرض لايم، كما ذكرت كيب كود تايمز (cape cod times).

سيستغرق الأمر سنوات حتى تُطلق هذه الفئران المعدلة جينيًا إلي هذه المناطق، وذلك حتى يطبق عليهم المزيد من التجارب.

الملاريا:

تقتل الملاريا مئات الآلاف من الأشخاص سنويًا.

جاءت إحصائيات منظمة الصحة العالمية لعام 2015، بإصابة حوالي 212 مليون حالة بالملاريا، ووفاة 429 ألف شخص آخر بها.

من أجل مهاجمة المرض من مصدره، تهدف فرق البحث من كلية إمبريال بلندن أن تقلل من أجيال البعوض الناقل للملاريا. طبقًا لتصريح من الكلية، يقوم فريق من العلماء بقيادة الأستاذين أوستن بيرت، وأندريا كريسانتي، بالتحقق من مسارين للعمل: تعديل ذكور البعوض جينيًا وزيادة أعدادهم، أو تعديل الإناث وتقليل خصوبتهن.

في ديسيمبر عام 2015، أعلن الباحثون لمجلة ناتشر أنهم حددوا ثلاث جينات لتقليل خصوبة إناث البعوض يمكن استهدافها.

وأن (كريسبر) بإمكانها أن تعمل وتستهدف على الأقل واحدًا من هذه الجينات.

المحاصيل:

كما تمكنت تقنية (كريسبر) من تعديل جينوم البشر والحيوان، فإن بإمكانها تعديل جينوم النبات أيضًا.

يستكشف العلماء الطرائق المناسبة لاستغلال قدرة أداة تعديل الجينات لتقليل الأمراض التي تصيب بعض المحاصيل، وجعل محاصيل أخرى أقوى.

يسعى الأستاذ في مختبر سينسبري في مدينة نورويتش بإنجلترا، صوفين كامون، إلى إزالة الجينات المسؤولة عن جعل محاصيل البطاطس والقمح الضعيفة عرضة للأمراض، كما ذكرت PhysOrg. كما أن زكاري ليبمان، أخصائي الجينات في مختبر (Cold Spring Harbor) بنيويورك، يستخدم (كريسبر) لجعل نباتات الطماطم مزودة بفروع أقوى حتى تتحمل أوزان الطماطم الناضجة ولا تنقطع، كما ذكرت مجلة ناتشر.

وفي كاليفورنيا، تحاول العديد من المعامل استغلال (كريسبر) لمواجهة مرض إخضرار الليمون، المسبب بواسطة بكتيريا تنتقل عن طريق الذباب المنتشر في بساتين الليمون، كما ذكرت ناتشر.

تعديل أجنة البشر الحية:

السرعة التي تتحرك بها الدراسات المبنية على (كريسبر) من الفرضية إلى إظهار النتائج هي سرعة مذهلة.

التجارب التي استغرقت شهورًا أصبحت تستغرق أسابيع، هكذا قال شيلتزر.

ولكن على الجانب الآخر، أثارت هذه السرعة بعض المخاوف لدى الساسة وصناع القرار وأصحاب المصالح، خاصة عندما يأتي الأمر إلى إجراء التجارب على البشر.

في فبراير عام 2017، أُصدر تقييم للتعديل الجيني من بعض العلماء في الأكاديمية الوطنية للعلوم والهندسة والطب، قائلين أنه كان مقبولًا ولكن تحت ظروف محددة فقط.

قالت المجموعة أيضًا أن تعديل الخلايا في الأجنة مسموحًا أخلاقيًا، نظرًا لإجرائه لتصحيح مرض أو إعاقة ما، وليس لتحسين المظهر الجسدي لشخص ما أو تحسين قدراته، كما ذكرت مجلة أخبار العلوم (Science News).

على الرغم من عدم قيام أي عالم بالولايات المتحدة بتعديل جنين بشري حي بواسطة (كريسبر) حتى الآن، فقد قام فريق بقيادة جيانكو ليو (Jianqiao Liu) بجامعة جوانغتشو الطبية Guangzhou Medical University بالصين، بهذا التقدم كما ذكروا في the journal Molecular Genetics and Genomics في الأول من مارس من عام 2017.

استخدم العلماء كريسبر-كاس9 لتعديل الطفرات المسببة للأمراض في أجنة البشر.

أُجريت الدراسة لإظهار أن التعديل يمكن إجراؤه في المرحلة الجنينية، ولم تُزرع الأجنة في البشر.

  • المترجم: محمد إيهاب
  • تدقيق: أسمى شعبان
  • تحرير: طارق الشعر
  • المصدر