ابزار ویرایش ژن کریسپر در ماه نوامبر اولین تاییدیه بالینی خود را برای درمان بیماری کم‌خونی سلول داسی‌شکل و تالاسمی بتا در بریتانیا دریافت کرد. این اختلالات خونی ناشی از یک نادرست‌نوشتاری ژنتیکی هستند که شکل گلبول‌های خون را دگرگون کرده و توانایی انتقال اکسیژن را محدود می‌سازند.
چند هفته پس از آن، اداره غذا و داروی آمریکا به درمان سلول داسی‌شکل چراغ سبز نشان داد و تصمیم‌گیری در مورد درمان تالاسمی بتا تا مارس سال آینده به تعویق افتاد. کمیته نظارتی سازمان دارویی اروپا نیز این درمان را تایید کرد که نشان‌دهنده احتمال قوی عرضه آن در قاره اروپا است.
از مکانیسم باک‌تریایی تا انقلاب بیوتکنولوژی
برای اولین بار به عنوان یک مکانیسم دفاعی باک‌تریایی کشف شد. بیش از یک دهه از اولین آزمایش این روش در سلول‌های انسانی می‌گذرد و این فناوری چهره بیوتکنولوژی را دگرگون کرده، ابزار‌های دقیقی برای ویرایش مبنای اولیه حیات در اختیار محققان قرار داده است.
از زمان نقشه‌برداری ژنوم انسان، دانشمندان برای درمان بیماری‌های ژنتیکی، جایگزینی ژن‌های جهش‌یافته با ژن‌های سالم را در نظر داشتند. امسال، کریسپر این چشم‌انداز را محقق ساخت.، ویرایشگر ژنی که اخیرا تایید شده، اشتبا‌هات ژنتیکی را در سلول‌های بنیادی جدا شده از مغز استخوان بیماران اصلاح می‌کند. وقتی سلول‌های بنیادی ویرایش‌شده به بدن تزریق می‌شوند، گلبول‌های خونی سالم تشکیل شده و اکسیژن را به سراسر بدن می‌رسانند.
چالش‌ها و نسل جدید ابزارها
کریسپر با وجود پیشرفت‌های چشمگیر، چالش‌هایی دارد. این ابزار هر دو رشته دی‌ان‌ای را برش می‌دهد که می‌تواند باعث جهش‌های خطرناک شود، مانند فعال‌سازی ژن‌های سرطانزا. همچنین ممکن است به‌طور ناخواسته بخش‌های نامرتبط از ژنوم را بریده و عوارض جانبی ایجاد کند.
دستورالعمل کریسپر از دو جزء اصلی تشکیل شده یک پروتئین قیچی که ژنوم را برش می‌دهد و یک راهنمای آر‌ان‌ای برای هدایت قیچی به ژن مقصد. تحول در این دستورالعمل باعث ظهور دنیایی از ابزار‌های ویرایش ژن شده که هر کدام تخصص خاص خود را دارند. برخی حروف ژنتیکی را جابجا می‌کنند، برخی تنها یک رشته دی‌ان‌ای را برش می‌دهند. هدف نهایی ویرایش دقیق هر بخشی از هر ژنوم است.
همکاری با هوش مصنوعی
امسال، کریسپر با پشتیبانی هوش مصنوعی مرز‌های ویرایش ژن را گسترش داد. دانشمندان از یادگیری ماشین برای پیش‌بینی اثرات ناخواسته در ابزار‌های کریسپر که آر‌ان‌ای را هدف قرار می‌دهند، بهره بردند و دامنه درمانی را وسیع‌تر ساختند. الگوریتمی مبتنی بر که ساختار پروتئین را پیش‌بینی می‌کند، بر روی تیغ‌های جراحی کوچک‌تر پروتئین کریسپر کار می‌کند تا برش‌های ژنتیکی دقیق‌تر شوند. ویرایشگر‌های ژن کوچک‌شده نیز راحت‌تر بسته‌بندی شده و به مقصد ژنومی خود ارسال می‌گردند.
هوش مصنوعی با کاوش پایگاه‌های اطلاعاتی عظیم ژنتیکی از منابع متنوع — از سواحل قطب جنوب تا می‌کروب‌های محیطی — صدها نوع بالقوه کریسپر را در باک‌تری‌ها کشف کرد که برای ویرایش ژنوم انسان پایدار و موثر هستند.
کشف سیستم‌های جدید در یوکاریوت‌ها
داده‌کاوی مکانیسم‌هایی مشابه کریسپر را در شاخه دیگری از حیات یعنی یوکاریوت‌ها (قارچ‌ها، جلبک‌ها و حیوانات) آشکار کرد، نه در باک‌تری‌ها که کریسپر در آنجا کشف شده بود. این سیستم‌ها که آنزیم‌های فنزور نام دارند، شبیه کریسپر هستند اما اجزای متفاوتی دارند. مطالعات اولیه نشان می‌دهد فنزور‌ها می‌توانند اطلاعات ژنتیکی را در سلول‌های انسانی با حداقل آسیب به دی‌ان‌ای یا آر‌ان‌ای مجاور درج و حذف کنند و به‌راحتی برای اهداف ژنومی خاص بازبرنامه‌ریزی شوند.
موج تازه بالینی ویرایش پایه و ویرایش اولیه
تایید درمان مبتنی بر کریسپر، راه را برای نسل‌های جدید‌تر این فناوری، از جمله ویرایش پایه و ویرایش اولیه، هموار کرد. ویرایش پایه که در سال ۲۰۱۶ ابداع شد، به جای بریدن هر دو رشته، تنها یک رشته دی‌ان‌ای را برش می‌دهد که احتمال آسیب به بخش‌های ناخواسته را به شدت کاهش می‌دهد. از آن زمان، دانشمندان پروتئین قیچی را بازمهندسی کردند تا آسیب‌های ناخواسته به حداقل برسد و ابعاد اجزا را کوچک کردند تا انتقال آسان‌تر با ویروس‌ها یا نانوذرات امکان‌پذیر شود.
امسال، ویرایش پایه با درمان ترکیب شد؛ روشی که سلول‌های ایمنی فرد را برای مبارزه با سرطان تقویت می‌کند. در یک کارآزمایی بلندپروازانه، ویرایش پایه برای بازبینی چهار ژن در سلول‌های ایمنی به کار رفت تا آن‌ها را در جستجو و از بین بردن سلول‌های تومور در سرطان خون یاری رساند.
این درمان شبیه نیازمند استخراج و ویرایش سلول‌های بنیادی خون‌ساز خارج از بدن است. بیمار سپس تحت درمان شیمی‌درمانی قرار می‌گیرد تا سلول‌های بیمار مغز استخوان پاک شده و جایگاه برای سلول‌های ویرایش‌شده فراهم آید. سلول‌های بنیادی در نهایت باعث تولید گلبول‌های قرمز سالم شده و علائم بیماری را کاهش می‌دهند. این فرآیند طولانی و دشوار است و بیماران ممکن است حداقل یک ماه قبل از آغاز درمان در بیمارستان بستری شوند که هزینه‌ها را افزایش می‌دهد.
نتایج واعد در کلس‌ترول و فیبروز کیستیک
در یک کارآزمایی بالینی کوچک بر روی افراد با استعداد ژنتیکی بالا برای کلس‌ترول خطرناک، ویرایش پایه چربی‌های گرفتگی عروق را تا ۵۵ درصد کاهش داد که نتایج به‌طور بالقوه تا آخر عمر باقی می‌ماند. این کارآزمایی توسط شرکت انجام شده، اولین آزمایش ویرایش پایه در انسان برای یک بیماری مزمن است. برخلاف درمان‌های سرطانی که به شدت شخصی‌سازی شده‌اند، این روش به‌طور بالقوه فناوری را با هزینه کمتر به عموم می‌رساند. دانشمندان در حال بررسی درمان‌های مشابه برای فیبروز کیستیک هستند که ریه‌ها و دستگاه گوارشی را هدف قرار می‌دهد.
در هم‌زمان، ویرایش اولیه نیز برای آزمایش‌های بالینی در حال آماده‌سازی است. این فناوری که در سال ۲۰۱۹ آغاز شد، با دقت شگفت‌انگیز توجه‌ها را جلب کرد. شرکت در حال آغاز کارآزمایی بالینی ویرایش اولیه برای بیماری گرانولوماتوز مزمن، یک اختلال ارثی که توانایی دفع عفونت‌ها را کاهش می‌دهد، است.
از ژن تا اپی‌ژنوم
کریسپر که به عنوان ویرایشگر ژن شناخته می‌شود، اخیرا دامنه خود را به اپی‌ژنوم — خانواده مکانیسم‌هایی که زمان فعال یا غیر‌فعال شدن ژن‌ها را کنترل می‌کنند — گسترش داده است. در یک مطالعه روی پس‌تانداران پریمات، خاموش کردن یک ژن با استفاده از ویرایش اپی‌ژنتیک، سطح کلس‌ترول را کاهش داد و اثرات آن تقریبا یک سال باقی ماند.
ویرایش اپی‌ژنوم مزایای خود را دارد. به احتمال زیاد ایمن‌تر از کریسپر است زیرا مستقیما ژنوم را دگرگون نمی‌کند. این روش می‌تواند عفونت‌های مزمن مانند هپاتیت بی یا ه‌آی‌وی را که حتی بدون علائم در بدن پنهان می‌مانند، از بین ببرد.
کریسپر با آزمایش‌های بالینی متعدد در حال انجام، برای سال‌های آینده پرامید است. همان‌طور که دکتر دیوید لیو، یکی از مخترعان اصلی ویرایش ژن، در سال ۲۰۱۹ گفت این یک آغاز است، نه پایان.
