آشنایی با قیچی مولکولی «کریسپر» برای ویرایش ژن‌ها

با استفاده از این فناوری پژوهشگران می‌توانند به سادگی توالی‌های نوکلئوتیدی DNA (رمزهای ژنتیکی) را تغییر دهند و کارکرد ژن‌ها را عوض کنند. این فناوری کارکردهای بالقوه زیادی دارم از جمله تصحیح نقایص ژنتیکی، درمان و پیشگیری از انتشار بیماری‌ها و بهبود محصولات کشاورزی. اما کارهایی که با آن انجام می‌شود، ملاحظات اخلاقی هم ایجاد می‌کند.

«کریسپر» در واقع صورت کوتاه‌شده‌ای از کلمه CRISPR-Cas9 است. کریسپرها بخش‌های تخصص‌یافته‌ای از DNA هستند. پروتئین Cas9 (یا «پروتئین مربوط به کریسپر») آنزیمی است که مانند یک یک قیچی مولکولی عمل می‌کند و می‌تواند زنجیره‌های DNA را قطع کند.

فناوری کریسپر در واقع بر مبنای سازوکارهای دفاعی باکتری‌ها و باستانیان (جانداران تک‌سلولی) ساخته شده است. این ارگانیسم‌ها از RNA مشتق‌ از کریسپر و پروتئین‌های گوناگون Cas، از جمله Cas9 برای دفاع در برابر حمله ویروس‌ها و سایر عوامل بیگانه استفاده می‌کنند. این آنزیم‌ها با بریدن و نابود کردن DNA عامل بیگانه عمل می‌کنند. هنگامی که این اجزای مولکولی در جانداران پیچیده‌تر استفاده شوند می‌توان با آنها  دستکاری در ژن‌ها یا به اصطلاح «ویرایش» آنها را انجام داد.

ژنوم‌ها (مجموعه ژن‌های) جانداران گوناگون پیام‌های و دستوراتی را برای ساختن پروتئین‌های گوناگون رمزبندی می‌کنند و این رمزها در توالی‌های نوکلئوتیدی مولکول DNA در هسته سلول‌ها قرار دارند. ویرایش‌ ژن‌ها به معنای تغییر دادن این توالی‌ها و در نتیجه تغییر پیام‌های است که دارند. این کار با بریدن یا شکستن DNA و سپس با واداشتن سازوکارهای طبیعی سلول به ترمیم DNA انجام می‌گیرد و در این روند است که تغییرات دلخواه در DNA را می‌توان ایجاد کرد. کریسپر ابزاری برای انجام دادن این کار است.

قیچی کردن به این ترتیب انجام می‌شود که ابتدا یک «RNA راهنما» (gRNA)، یک زنجیره کوتاه نوکلئوتیدی، به بخشی از  DNA که قرار است اصلاح شود، متصل می‌شود. سپس «نوکلئاز کَس ۹» (قیچی ژن واقعی) به RNA راهنما متصل شده و DNA مورد هدف را برش می‌دهد.

 ترمیم پس از قیچی کردن به دو شیوه می‌تواند انجام شود:

یک شیوه ترمیم شامل چسباندن دوباره دو سر بریده شده به هم هست. در این چسبانده شدن، معمولا خطاهایی رخ می‌دهد، یعنی برخی از نوکلئوتیدها (واحدهای سازنده‌ DNA) به طور تصادفی حذف یا اضافه می‌شوند، این تغییر که در واقع یک «جهش» یا «موتاسیون» است می‌تواند یک ژن را از کار بیندازد.

در شیوه دوم، شکاف محل بریده شده یا شکسته‌شده با یک توالی کوتاه نوکلئوتیدی که «قالب» (template) نامیده می‌شود، پر می‌شود. دانشمندان می‌تواند این «قالب» با توجه به هدفشان انتخاب کنند و به این ترتیب ژنی را که می‌خواهند به DNA اضافه کننند یا یک جهش را تصحیح کنند.