به نقل از singularityhub، ابزار ویرایش ژن کریسپر در نوامبر، اولین تاییدیه بالینی را برای درمان بیماری کم خونی سلول داسی شکل و تالاسمی بتا در بریتانیا کسب کرد. این اختلالات خونی دردناک بر تاثییر یک نادرست نگارشی ژنتیکی است که گلبول های خون را تحول شکل می دهد و توانایی اکسیژن رسانی آنها را محدود می‌کند.

چند هفته سپس، اداره غذا و داروی آمریکا به درمان سلول داسی شکل چراغ سبز نشان داد و قرار است تا مارس سال آینده در رابطه درمان تالاسمی بتا تصمیم گیری کند. کمیته نظارتی سازمان دارویی اروپا این درمان را تایید کرد که نشانگر آن است که به گمان زیاد در اروپا این درمان اراعه خواهد شد.

CRISPR-Cas۹ اولین بار به گفتن یک مکانیسم دفاعی باکتریایی کشف شد. بیشتر از یک دهه از اولین آزمایش این شیوه در سلول های انسانی می گذرد، این فناوری چهره بیوتکنولوژی را تحول داد و ابزارهای دقیقی برای ویرایش مطرح اولیه حیات در اختیار ما قرار داده است.

از زمان نقشه برداری ژنوم انسان، دانشمندان برای درمان بیماری های ژنتیکی، جایگزینی ژن های جهش یافته را با ژن های سالم درنظر داشته اند. امسال، CRISPR این چشم انداز را تحقق بخشید. Casgevy، ویرایشگر ژنی که به تازگی تایید شده، اشتباهات ژنتیکی را در سلول های بنیادی جدا شده از مغز استخوان بیماران اصلاح می کند. هنگامی که سلول‌های بنیادی ویرایش‌شده به بدن تزریق شوند، گلبول های خونی سالم تشکیل می‌کنند که اکسیژن را به سراسر بدن می‌رسانند.

کریسپر با وجود پیچیدگی، مشکلاتی دارد. این ابزار هر دو رشته دی ان ای را برش می‌دهد که می‌تواند علتجهش‌های خطرناک بشود، همانند جهش‌هایی که ژن‌های سرطانزا را فعال می‌کنند. این چنین می‌تواند به‌طور ناخواسته قسمت‌های نامرتبط از ژنوم را بریده و عوارض جانبی تشکیل کند.

CRISPR یک پیشرفت غیرقابل تکذیب است و قیمت دریافت جایزه نوبل را دارد. اما احتمالا شوق انگیزتر مسئله این حقیقت باشد که این فقط ابزار نسل اول است، با ظرفیت تحول بخشیدن به بیوتکنولوژی برای دهه های آینده.

دستورالعمل CRISPR دارای دو جزء مهم است: یک پروتئین “قیچی” که ژنوم را برش یا شکاف می دهد و یک راهنمای RNA برای اتصال قیچی به ژن مقصد. تحول دستورالعمل علتایجاد دنیایی از ابزارهای ویرایش ژن می بشود که هر کدام تخصص خاص خود را دارند. برخی حروف ژنتیکی را با هم جابجا می کنند، برخی دیگر به جای بریدن هر دو، یک رشته دی ان ای را قطع می کنند. مقصد نهایی یکسان است: ویرایش دقیق هر بخشی از هر ژنوم به دلخواه.

امسال، کریسپر این چنین با پشتیبانی یکی دیگر از فناوری‌های قوی یعنی هوش مصنوعی مرزهای ویرایش ژن را جابجا کرد.

به طور مثال، دانشمندان از هوش مصنوعی برای بهینه سازی ابزارهای ویرایش ژن حاضر منفعت گیری کردند. یادگیری ماشینی به پیش‌بینی آثار ناخواسته در ابزارهای کریسپر که آر ان ای را به جای دی ان ای مقصد قرار خواهند داد، پشتیبانی کرد و دامنه درمانی این ابزار را گسترش داد. یک الگوریتم مبتنی بر AlphaFold که ساختار پروتئین را پیش‌بینی می‌کند، روی «تیغ های جراحی»‌ کوچک‌تر پروتئین کریسپر قرار دارد که برش‌های ژنتیکی را دقیق‌تر می‌کند. ویرایشگرهای ژن کوچک شده نیز راحت تر بسته بندی شده و به سوی مقصد ژنومی خود ارسال می شوند.

هوش مصنوعی این چنین به گسترش انواع کریسپر پشتیبانی کرد. مشاهده پایگاه‌های اطلاعاتی عظیم مواد ژنتیکی از منبع های شگفت – جمع‌آوری‌شده از سواحل قطب جنوب تا بزاق سگ – یک الگوریتم، صدها نوع بالقوه کریسپر را در باکتری‌ کشف کرد که نادر، اما برای ویرایش ژنوم انسان پایدار و مؤثر است.

داده کاوی این چنین به طور شگفت انگیزی مکانیسم هایی همانند کریسپر را در شاخه فرد دیگر از حیات یعنی یوکاریوت ها اشکار کرد که شامل قارچ ها، جلبک ها و حیوانات می شوند، اما نه باکتری ها، جایی که کریسپر برای اولین بار کشف شد. این سیستم‌ها که آنزیم فنزور Fanzors نامیده خواهد شد، شبیه کریسپر می باشند و فقط اجزای گوناگون دارند. مطالعات اولیه نشان داده است که فنزورها می تواند اطلاعات ژنتیکی را در سلول های انسانی با حداقل صدمه جانبی به دی ان ای یا آر ان ای مجاور داخل و حذف کند و به راحتی برای مقصد قرار دادن مکان های ژنومی خاص مجدد برنامه ریزی بشود.

از زمان نقشه برداری ژنوم انسان، دانشمندان برای درمان بیماری های ژنتیکی، جایگزینی ژن های جهش یافته را با ژن های سالم درنظر داشته اند

به عبارت دیگر، دنیای گسترده تری از ابزارهای ویرایش ژن وجود دارد که در انتظار کشف شدن می باشند.

یوکاریوت ها موجودات تک سلولی یا چند سلولی می باشند که هسته سلول‌هایشان دارای پوشش اشکار است.

یک موج تازه بالینی

تایید درمان مبتنی بر کریسپر، عرصه را برای نسل‌های جدیدتر این فناوری، از جمله ویرایش بنیادی و پایه فراهم می‌کند.

ویرایش پایه که در سال ۲۰۱۶ ابداع شد، به جای بریدن هر دو رشته، یک رشته دی ان ای واحد را می برد که گمان بریدن قسمت های ناخواسته زیاد کمتر می بشود. از آن زمان، دانشمندان پروتئین «قیچی» را بازمهندسی کردند تا صدمه‌های ناخواسته دی ان ای به کمترین مقدار برسد و ابعاد اجزا را افت دادند تا بتوانند به راحتی ویروس‌ها یا نانوذرات ایمن را داخل سلول کنند.

امسال، ویرایش پایه با درمان CAR-T انجام شد؛ درمانی که سلول های ایمنی فرد را برای مبارزه با سرطان تحکیم می کند. در این روش سلول های تی فرد برداشته خواهد شد و برای شکار بهتر اهداف مهندسی خواهد شد. کارآزمایی بلندپروازانه از ویرایش پایه برای بازبینی چهار ژن در سلول‌های ایمنی منفعت گیری می‌کند تا به آنها پشتیبانی کند سلول‌های تومور را در سرطان خون جستجو کرده و از بین ببرند.

این درمان شبیه درمان Casgevy مورد تایید اداره نظارت بر مواد غذایی و دارویی آمریکا برای بیماری سلول داسی شکل است که پزشکان باید سلول های بنیادی خون ساز را خارج از بدن استخراج و ویرایش کنند. سپس بیمار تحت درمان قرار می گیرد تا سلول های بیمار از مغز استخوان پاکسازی شوند و جا برای سلول های ویرایش شده باز بشود.

سلول های بنیادی در نهایت علتتولید گلبول های قرمز سالم می شوند که اکسیژن رسانی را در سراسر بدن تحکیم کرده و علائم بیماری را افت می دهند. این درمان طویل و دشوار است. بیماران امکان پذیر قبل از اغاز درمان دستکم یک ماه در بیمارستان بستری شوند که به هزینه های درمان می افزاید.

امسال، در یک کارآزمایی بالینی کوچک روی افرادی که توانایی ژنتیکی ابتلا به مقدار بالا و خطرناک کلسترول را داشتند، ویرایش پایه، چربی‌های گرفتگی عروق را تا ۵۵ درصد افت داد که نتایج به‌طور بالقوه تا آخر عمر باقی می‌ماند. این کارآزمایی که توسط شرکت بیوتکنولوژی Verve Therapeutics گسترش یافته است، اولین آزمایشی است که از ویرایش پایه در انسان برای یک بیماری مزمن منفعت گیری می بشود.

بر خلاف درمان‌های سرطانی که به شدت بر پایه ساختار زیستی یک فرد خاص طراحی شده‌اند، این روش به‌طور بالقوه فناوری را با هزینه‌های کمتر به عموم مردم می‌رساند. دانشمندان در حال بازدید درمان‌های شبیه برای فیبروز کیستیک می باشند که به ریه‌ها و دستگاه گوارشی صدمه می‌زند.

در همین حال، ویرایش بنیادی نیز برای آزمایش‌های بالینی مهم است. این فناوری که در سال ۲۰۱۹ اغاز شد، ویرایش ژن را به علت دقت خیره کننده اش با پیروزی اغاز کرد. از آن زمان، دانشمندان این سیستم را برای افزایش زیاد تر کارایی آن بهینه کرده اند. بهینه‌سازی نتیجه داده است. شرکت بیوتکنولوژی Prime Medicine در حال اغاز کارآزمایی بالینی ویرایش بنیادی برای بیماری گرانولوماتوز مزمن، یک اختلال ارثی است که توانایی بدن برای دفع عفونت‌ها را افت می‌دهد.

از ژن تا اپی ژنوم

کریسپر که به گفتن ویرایشگر ژن شناخته می بشود، اخیراً دامنه خود را به اپی ژنوم – خانواده ای از مکانیسم هایی که زمان روشن یا خاموش شدن ژن ها را کنترل می کند – گسترش داده است. در یک مطالعه روی پستانداران پریمات، خاموش کردن یک ژن با منفعت گیری از ویرایش اپی ژنتیک، به افت مقدار کلسترول پشتیبانی کرد و آثار آن تقریباً یک سال باقی ماند.

ویرایش اپی ژنوم مزایای خود را دارد. به گمان زیادً زیاد ایمن تر از کریسپر است؛ چون مستقیم ژنوم را تحول نمی دهد. این چنین می‌تواند عفونت‌های مزمن همانند هپاتیت بی یا اچ‌آی‌وی را که حتی بدون علائم مشهود در بدن مخفی می شوند، از بین ببرد.

کریسپر با آزمایش‌های بالینی بسیاری که در حال انجام است، مهیای برای یک سال عطف دیگر است. همانطور که مخترع مهم ویرایش، دکتر دیوید لیو در سال ۲۰۱۹ او گفت: این یک اغاز به جای آخر است.