استراتژی های موثر برای حفاظت آزمایشهای CRSIPR مبتنی بر ژن
برای اولین بار محققان نشان دادند که چگونه دو استراتژی مولکولی می تواند آزمایشهای ژن درایو (Gene Drive) کریسپر را در آزمایشگاه حفاظت کند. بر اساس پژوهشی که در Elife منتشر شده است محققان برای اولین بار نشان دادند که چگونه دو استراتژی مولکولی می توانند ژن درایو کریسپر را در آزمایشگاه حفاظت کنند.
یافته های آنها که اولین بار در bioRxiv گزارش شد، نشان می دهد که دانشمندان می‌توانند به طور موثر از سایت های هدف مصنوعی بهره گرفته و drive ها را تقسیم می کنن به منظور هدایت تحقیقات gen drive بدون داشتن این نگرانی که باعث گسترش تصادفی در سراسر جمعیت طبیعی می‌شوند.
ژن درایو، مانند آنهایی که در آزمایش پشه مالاریا به کار می‌روند، بسته های ژنتیکی طراحی شده ای هستند تا در خیلی سریع میان جمعیت پراکنده شوند. آنها این کار را از طریق یک فرآیند به نام « تبدیل درایو » که در آن آنزیم Cas9 و یک مولکول به نام راهنمای RNA برش در یک محل خاص ژنوم ایجاد می‌کند انجام می‌دهند. سپس بعد از ترمیم شکست DNA ، درایو در کروموزوم همولوگ کپی می‌شود.
مولف ارشد جکسون چمپر فوق دکترا در گروه آمار زیستی و زیست شناسی محاسباتی در دانشگاه کرنل، نیویورک می‌گوید ژن درایوهای مبتنی بر CRISPR با توجه به پتانسیل شان برای ایجاد تغییر کلی گونه‌ها دارای مزایا و معایب خاص خود هستند. حال این سؤال در مورد توانایی ما برای جلوگیری از گسترش ناخواسته یکی از درایوها از آزمایشگاه به طبیعت است. استراتژی فعلی برای اجتناب از گسترش تصادفی شامل محصورسازی فیزیکی موجودات حاوی درایو می‌باشد. با این حال، با توجه به احتمال خطای انسانی مشخص نیست که آیا این روش به اندازه کافی احتمال فرار اتفاقی به حیات وحش را کاهش می دهد.
اخیرا دو استراتژی حفاظت مولکولی ارائه شده است که فراتر از محدودساختن موجودات مورد پژوهش می‌رود. اولین روش سایت داریوهای هدف مصنوعی است که در سایت های ژنومی مهندسی شده که در ارگانیسم های وحشی قرار داده می شود. روش دوم، درایو تقسیم شده است، که ساختار این درایو فاقد یک نوع آنزیم به نام اندونوکلئاز است و بر یک طراحی سایت دوردست مبتنی است.
چمبر می‌افزاید: ماهیت این استراتژی‌ها بدان معنی است که آنها باید از گسترش موثر در خارج از خطوط آزمایشگاهی مربوطه جلوگیری به عمل آورند. ما می خواستم ببینم که آیا هر دو روش یک عملکرد مشابه به درایوهای نگهداری استاندارد را دارا هستند، و آیا آنها جایگزین مناسبی در تحقیقات ژن درایو در مراحل اولیه محسوب می‌شوند.
برای این منظور، تیم سه سایت هدف مصنوعی برای مگس سرکه Drosophila melanogaster طراحی و اجرا کرد. هر درایو یک ژن افزایش یافته سبز پروتئین فلورسنت(EGFP) را در یکی از سه سایت مختلف در ژنوم هدف قرار دادند. برای درایوهای تقسیم شده، آنها یک ساختار درایو که ژن هدف زرد وابسته به X و فاقد Cas9 داشت را طراحی کردند.
تجزیه و تحلیل آنها نشان داد که درایوهای ژن CRISPR با سایت های هدف مصنوعی EGFP رفتاری مشابه درایوهای استاندارد را نشان دادند، و بنابراین می توانند برای بسیاری از آزمایشات در محل از این درایوها استفاده کرد. درایوهای تقسیم‌شده نیز عملکرد مشابهی نشان دادند، و همچنین به توالی‌های طبیعی اجازه می دهند تا در موقعیت‌هایی که استفاده از هدف مصنوعی دشوار است به کار گرفته شوند. این شامل درایوهای جمعیت سرکوب‌شده می‌باشد که نیاز به هدف قرار دادن ژن‌هایی که به طور طبیعی نمایان می‌شوند دارد.
مولف ارشد فیلیپ مسر، استادیار گروه آمار زیستی و زیست شناسی محاسباتی در دانشگاه کرنل می‌گوید: بر اساس یافته ها، ما پیشنهاد می‌کنیم تا این استراتژی‌های حفاظتی در آینده به طور مداوم در توسعه و آزمایش ژن درایوها به کار گرفته شوند. این برای آزمایش های در قفس با مقیاس بزرگ که برای بهبود درک ما از دینامیک جمعیت از میان درایوهای مد نظر به کار می‌روند مهم خواهد بود. در نهایت، این بحث در مورد سهولت و خطرات ناشی از آزادسازی درایوهای موفق در حیات وحش بسیار مهم خواهد بود، برای مثال برای کاهش مالاریا و سایر بیماری های منتقله.
Effective strategies for safeguarding CRISPR gene-drive experiments
Date: January 22, 2019
Source: eLife
Summary:
Researchers have demonstrated for the first time how two molecular strategies can safeguard CRISPR gene-drive experiments in the lab, according to a new study.
Story Source:
Materials provided by eLife. Note: Content may be edited for style and length.
Journal Reference:
Jackson Champer, Joan Chung, Yoo Lim Lee, Chen Liu, Emily Yang, Zhaoxin Wen, Andrew G Clark, Philipp W Messer. Molecular safeguarding of CRISPR gene drive experiments. eLife, 2019; 8 DOI: 10.7554/eLife.41439