يعمل إنزيم استهداف الرنا على توسيع مجموعة أدوات التصويب الجيني

ايهاب محمد زايد-مصر
يعمل إنزيم استهداف الحمض النووي الريبي على توسيع مجموعة أدوات التصويب الجيني
 استكشاف التنوع بين أجهزة المناعة البكتيرية ، اكتشف علماء ماكجفرن نظامًا قابلًا للبرمجة لاستهداف وتعديل الحمض النووي الريبي بدقة.
 اكتشف باحثون في معهد ماكغفرن التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا إنزيمًا بكتيريًا يقولون إنه يمكن أن يوسع مجموعة أدوات كريسبر للعلماء ، مما يجعل من السهل قطع وتعديل الحمض النووي الريبي بنوع الدقة التي لم تكن متاحة حتى الآن إلا لتعديل الحمض النووي. يقوم الإنزيم ، المسمى Cas7-11 ، بتعديل أهداف الحمض النووي الريبي دون الإضرار بالخلايا ، مما يشير إلى أنه بالإضافة إلى كونه أداة بحثية قيّمة ، فإنه يوفر منصة خصبة للتطبيقات العلاجية.
 “هذا الإنزيم الجديد يشبه Cas9 من الحمض النووي الريبي” ، كما يقول زميل ماكغفرن ، عمر أبو دية ، مشيرًا إلى إنزيم CRISPR الذي يقطع الحمض النووي والذي أحدث ثورة في علم الأحياء الحديث من خلال جعل تحرير الحمض النووي سريعًا وغير مكلف ودقيق. ويضيف: “إنها تخلق قطعتين دقيقين ولا تدمر الخلية في هذه العملية مثل الإنزيمات الأخرى”.
 حتى الآن ، تم تطوير عائلة واحدة فقط من إنزيمات استهداف الحمض النووي الريبي ، Cas13 ، على نطاق واسع لتطبيقات استهداف الحمض النووي الريبي. ومع ذلك ، عندما يتعرف Cas13 على هدفه ، فإنه يمزق أي RNAs في الخلية ، ويدمر الخلية على طول الطريق.  
مثل Cas9 ، يعد Cas7-11 جزءًا من نظام قابل للبرمجة ؛ يمكن توجيهه إلى أهداف معينة من الحمض النووي الريبي باستخدام دليل كريسبر. اكتشف أبو دية وزميل ماكغفرن جوناثان جوتنبرج وزملاؤهم Cas7-11 من خلال استكشاف عميق لأنظمة كريسبر الموجودة في عالم الميكروبات. تم نشر النتائج التي توصلوا إليها اليوم في مجلة Nature.
 استكشاف التنوع الطبيعي
 مثل بروتينات كريسبر الأخرى ، تستخدم البكتيريا Cas7-11 كآلية دفاع ضد الفيروسات. بعد مواجهة فيروس جديد ، تحتفظ البكتيريا التي تستخدم نظام كريسبر بسجل للعدوى في شكل مقتطف صغير من المادة الوراثية للممرض. في حالة ظهور هذا الفيروس مرة أخرى ، يتم تنشيط نظام كريسبر ، موجهًا بقطعة صغيرة من الحمض النووي الريبي لتدمير الجينوم الفيروسي والقضاء على العدوى.
 تنتشر أجهزة المناعة القديمة هذه على نطاق واسع ومتنوع ، حيث تنشر بكتيريا مختلفة بروتينات مختلفة لمواجهة غزواتها الفيروسية. “بعض الحمض النووي يستهدف ، والبعض الآخر يستهدف الحمض النووي الريبي.  
بعضها فعال للغاية في شق الهدف ولكن لديه بعض السمية ، والبعض الآخر ليس كذلك. يقول يوجين كونين ، عالم الأحياء التطوري في المركز الوطني لمعلومات التكنولوجيا الحيوية ، إنهم يقدمون أنواعًا مختلفة من التخفيضات ، ويمكن أن تختلف في الخصوصية – وما إلى ذلك. كان أبو دية وجوتنبرغ وكونين يجوبون سلاسل الجينوم لمعرفة المزيد عن التنوع الطبيعي لأنظمة كريسبر – وللتعدين عليها بحثًا عن أدوات محتملة. يقول أبو دية إن الفكرة هي الاستفادة من العمل الذي أنجزه التطور بالفعل في هندسة آلات البروتين.
 يقول أبو دية: “لا نعرف ما الذي سنجده ، ولكن دعونا نستكشف ونرى ما هو موجود”.
 بينما كان الفريق يتفحص قواعد البيانات العامة لفحص مكونات أنظمة الدفاع البكتيرية المختلفة ، لفت انتباههم بروتين من بكتيريا تم عزلها عن خليج طوكيو. أشار تسلسل الحمض الأميني الخاص به إلى أنه ينتمي إلى فئة من أنظمة CRISPR التي تستخدم آلات كبيرة متعددة البروتينات للعثور على أهدافها وشقها. 
 لكن يبدو أن هذا البروتين يحتوي على كل ما يحتاجه للقيام بهذه المهمة بمفرده. تنتمي إنزيمات Cas الأخرى المعروفة أحادية البروتين ، بما في ذلك بروتين Cas9 الذي تم اعتماده على نطاق واسع لتحرير الحمض النووي ، إلى فئة منفصلة من أنظمة CRISPR – لكن Cas7-11 يطمس حدود نظام تصنيف CRISPR ، كما يقول كونين.
 كان الإنزيم ، الذي أطلق عليه الفريق اسم Cas7-11 في النهاية ، جذابًا من منظور هندسي ، لأن البروتينات المفردة يسهل توصيلها إلى الخلايا وصنع أدوات أفضل من نظيراتها المعقدة. لكن تكوينه أشار أيضًا إلى تاريخ تطوري غير متوقع. وجد الفريق دليلاً على أنه من خلال التطور ، اندمجت مكونات آلة Cas الأكثر تعقيدًا معًا لصنع بروتين Cas7-11.
  يساوي Gootenberg هذا باكتشاف الخفافيش عندما كنت قد افترضت سابقًا أن الطيور هي الحيوانات الوحيدة التي تطير ، وبالتالي تدرك أن هناك مسارات تطورية متعددة للطيران. “إنه يغير تمامًا المشهد الخاص بكيفية التفكير في هذه الأنظمة ، وظيفيًا وتطوريًا” ، كما يقول.
 التحرير الدقيق
 عندما أنتج Gootenberg و Abudayyeh بروتين Cas7-11 في معملهما وبدآ في تجربته ، أدركا أن هذا الإنزيم غير العادي يوفر وسيلة قوية لمعالجة ودراسة الحمض النووي الريبي. عندما أدخلوه في الخلايا جنبًا إلى جنب مع دليل الحمض النووي الريبي ، أجرى عمليات قطع دقيقة بشكل ملحوظ ، وقص أهدافه مع ترك الحمض النووي الريبي الآخر دون إزعاج.  
هذا يعني أنه يمكنهم استخدام Cas7-11 لتغيير أحرف معينة في كود RNA ، وتصحيح الأخطاء التي تسببها الطفرات الجينية. كانوا أيضًا قادرين على برمجة Cas7-11 إما لتثبيت أو تدمير جزيئات معينة من الحمض النووي الريبي داخل الخلايا ، مما أعطاهم القدرة على ضبط مستويات البروتينات المشفرة بواسطة تلك RNAs.
 وجد أبو دية وجوتنبرغ أيضًا أن قدرة Cas7-11 على قطع الحمض النووي الريبي يمكن إضعافها بواسطة بروتين يبدو أنه من المحتمل أيضًا أن يكون متورطًا في تحفيز موت الخلايا المبرمج ، مما يشير إلى وجود صلة محتملة بين دفاع كريسبر والاستجابة الأكثر تطرفًا للعدوى.
 أظهر الفريق أن ناقل العلاج الجيني يمكنه توصيل نظام تحرير Cas7-11 الكامل للخلايا وأن Cas7-11 لا يضر بصحة الخلايا. يأملون في أنه مع مزيد من التطوير ، يمكن استخدام الإنزيم يومًا ما لتحرير التسلسلات المسببة للأمراض من الحمض النووي الريبي للمريض حتى تتمكن خلاياهم من إنتاج بروتينات صحية ، أو لخفض مستوى البروتين الذي يسبب ضررًا بسبب مرض وراثي .
 يقول جوتينبيرج: “نعتقد أن الطريقة الفريدة التي يقطع بها Cas7-11 تتيح العديد من التطبيقات المثيرة للاهتمام والمتنوعة” ، مشيرًا إلى أنه لا توجد أداة CRISPR أخرى تقطع الحمض النووي الريبي بهذه الدقة. ويضيف قائلاً: “إنه مثال رائع آخر على كيف يمكن لهذه الاستكشافات التي تحركها البيولوجيا الأساسية أن تسفر عن أدوات جديدة للعلاجات والتشخيصات”. “وما زلنا بالتأكيد مجرد خدش السطح لما هو موجود في التنوع الطبيعي.”
 الورقة: “استهداف الحمض النووي الريبي القابل للبرمجة باستخدام مستجيب كريسبر أحادي البروتين Cas7-11”
 الصورة
تقترب أدوات DNA في مجموعة أدوات CRISPR (باللون الأحمر) من السعة ، لكن الباحثين بدأوا الآن في العثور على أدوات جديدة لتحرير الحمض النووي الريبي (الأزرق).  
المصدر
https://mcgovern.mit.edu/2021/09/06/rna-targeting-enzyme-expands-the-crispr-tool-kit/