التكنولوجيا الحيوية
تحرير الجينات المدعوم بالذكاء الاصطناعي أصبح ممكنًا مع ‘OpenCRISPR-1’
ثورة كريسبر
CRISPR (تجميعات متقاربة متباعدة قصيرة متكررة) هي أداة تم اكتشافها مؤخرًا لتعديل الجينات. تتيح تعديل الجينات بدقة وتوجيه عاليين، وقد فاز مكتشفوها بـ جائزة نوبل 2020.
المصدر: Lab Associates
النظام الأولي لكريسبر الذي تم اكتشافه كان CRISPR-Cas9، وقد تم اكتشاف أو إنشاء العديد من أنظمة كريسبر المعدلة منذ ذلك الحين. يمكنك قراءة المزيد عن التفاصيل التقنية لكريسبر في مقالتنا “ما هو CRISPR-Cas12a2؟ ولماذا هو مهم؟”
كريسبر في طليعة الثورة الجينومية، حيث تم الآن اعتماد أولى العلاجات الجينية باستخدامه لأمراض الدم، وهو ما استكشفناه بعمق في “كيف تستهدف شركات كريسبر فقر الدم المنجلي”.
منذ اكتشافه، كان العثور على طريقة لاستغلال كريسبر لتعديل جين أو تسلسل DNA محدد مهمة شاقة، تتطلب الكثير من الخبرة والعمل اليدوي. لكن هذا قد يتغير بفضل التطور السريع لأدوات الذكاء الاصطناعي.
الذكاء الاصطناعي + كريسبر
بحث الباحثون في جامعة بيركلي في استخدام نماذج اللغة الكبيرة (LLMs) بالتزامن مع تقنية كريسبر ونشروا نتائجهم في الورقة العلمية “تصميم محررات جينوم عالية الوظيفة من خلال نمذجة كون تسلسلات CRISPR-Cas”.
بشكل أكثر دقة، جمعوا مجموعة بيانات تتضمن مليون مشغل كريسبر من قواعد بيانات جينومية بحجم 26 تيرابايت (26 تريليون قاعدة جينية).
ثم استخدموا الذكاء الاصطناعي لإنشاء ملايين من البروتينات الشبيهة بكريسبر المتنوعة التي لا توجد طبيعيًا، بالإضافة إلى “تسلسلات RNA الموجهة المفردة لبروتينات تأثيرية شبيهة بـ Cas9”.
بعد اختبار الكفاءة الفعلية لهذه البروتينات وتسلسلات RNA الجديدة في الحياة الواقعية، وجدوا أن محررات الجينات التي تم توليدها تظهر نشاطًا وتحديدًا مماثلين أو محسّنِين مقارنةً بـ SpCas9.
لماذا هذا مهم؟
تم العثور على CRISPR-Cas9 في البداية في البكتيريا، التي تستخدمه كآلية دفاع ضد الفيروسات.
وبالتالي، إدخال CRISPR-Cas9 إلى خلية بشرية قد يجعل تعديل الجينات أقل كفاءة مقارنةً بخلية بكتيرية. ذلك لأن الأنظمة الطبيعية لكريسبر كلها بكتيرية ولم تُحسّن لتعمل في خلايا أكثر تعقيدًا.
هذا يعني أيضًا أنه من المحتمل تصميم أنظمة شبيهة بكريسبر لتحقيق نتائج أكثر كفاءة، أكثر دقة، أو أسرع من النظام الطبيعي CRISPR-Cas9.
مع ذلك، حتى الآن كان البحث عن مثل هذه الأنظمة الجديدة مقصورًا على العثور على كريسبر بكتيري جديد مثل Cas12 (الذي تفضله Editas Medicine)، ونأمل أن تكون أقوى من الأول المكتشف.
مع قدرة الذكاء الاصطناعي على توليد ملايين التسلسلات الجديدة المحتملة، يفتح ذلك إمكانية العثور على نظام كريسبر “المثالي” للعلاجات الجينية في البشر. ويمكن أيضًا تصميم نظام كريسبر مُحسّن لأنسجة بشرية محددة، أو لأنواع حيوانية أو نباتية.
كما يمكن أن يفتح الطريق لأنواع جديدة من تعديل الجينات غير المسموح بها بواسطة CRISPR-Cas9 التقليدي، مثل تعديل القواعد، أو التعديل الأولي، أو تعديل الإيبيجينوم.
تحرير الجينات المفتوح-الذكاء الاصطناعي
بعد أن أثبتوا إمكانات محرر الجينات المُولَّد بالذكاء الاصطناعي، قرر الباحثون إتاحته للجمهور.
تم تسمية هذا الذكاء الاصطناعي المتوافق مع تعديل القواعد بـ OpenCRISPR-1.
Open CRISPR-1 – المصدر: Profluent
تم ربط هذا النموذج بالشركة الناشئة في بيركلي Profluent، شركة تصميم البروتينات المدفوعة بالذكاء الاصطناعي. جعل OpenCRISPR-1 برنامجًا مفتوح المصدر كان قرارًا مشتركًا بين باحثي بيركلي وProfluent، في مسعى لديمقراطية التقنية.
يمكنك العثور على الملفات والوثائق الخاصة بـ OpenCRISPR-1 على GitHub. هو مجاني للاستخدام، بما في ذلك الاستخدام التجاري، لكنه يتطلب اتفاقية ترخيص لمراقبة ما إذا كان يُستخدم بطريقة آمنة وأخلاقية.
العلاجات المخصصة المصممة بالذكاء الاصطناعي
إمكانات OpenCRISPR-1 هائلة تمامًا، وعلى المدى الطويل قد تفتح الطريق للحصول على علاجات جينية أكثر كفاءة.
بدلاً من ذلك، يمكننا تخيل أنه بالاشتراك مع تكلفة تسلسل الجينوم الفردي التي أصبحت الآن أقل من 1,000 دولار، قد يسمح ذلك بتخصيص تعديل الجينات. لذا يمكن أن يُصمم نظام كريسبر المستخدم لتعديل الجينات في مريض معين ليتناسب مع جينه الخاص، بدلاً من قالب عام يُستخدم للجميع.
ومع ذلك، سيستغرق ذلك وقتًا، كما أظهر العقد الذي استغرقه الانتقال من اكتشاف كريسبر إلى الحصول على أولى العلاجات المعتمدة. تعديل الجينات ليس مهمة خالية من المخاطر، وستكون إدارة الغذاء والدواء حذرة بالتأكيد وستطلب الكثير من البيانات قبل ترخيص استخدام أنظمة تعديل الجينات غير المختبرة في البشر.
شركات كريسبر
Profluent ليست (بعد) شركة مدرجة في البورصة، لكن العديد من الشركات الأخرى نشطة جدًا في تطوير تقنية كريسبر إلى منتجات تجارية.
1. CRISPR Therapeutics
(CRSP )
ما يميز CRISPR Therapeutics هو فريق المؤسسين النخبوي، والذي يشمل الدكتورة إمانويل شاربانتييه التي كشفت أبحاثها الأساسية عن الآليات الرئيسية لتقنية CRISPR-Cas9، مما وضع الأساس لاستخدام CRISPR-Cas9 كأداة تعديل جينات متعددة الاستخدامات ودقيقة. وقد تلقت أعمالها العديد من الجوائز، بما في ذلك جائزة Breakthrough في علوم الحياة.
تعمل CRISPR Therapeutics على تطوير منصة تحرير جينات CRISPR/Cas9 فعّالة ومتعددة الاستخدامات لعلاج أمراض الهيموغلوبين، والسرطان، والسكري، وأمراض أخرى.
العلاج الأول الذي كانوا يطورونه كان مستهدفًا لأمراض الدم β-ثلاسيميا وفقر الدم المنجلي.
لقد تم الآن اعتمادهم تحت الاسم التجاري Casgevy لكل من التطبيقين. برنامجهم الأول للـ CAR-T الخلوي المتجانس المستهدف لأورام الخلايا B أيضًا في التجارب السريرية.
بينما يُعد فقر الدم المنجلي مرضًا بسوق ربما صغير، بمجرد نضوج التقنية يمكنهم التوسع لاستهداف متجهات أمراض أخرى.
التقدمات في تقنية كريسبر مثل OpenCRISPR-1 يمكن أن تكون ميزة كبيرة للشركات التي لديها منتجات معتمدة مثل CRISPR Therapeutics وشريكها Vertex. مع نظام كريسبر جديد ومحسن، يمكنهم خلال بضع سنوات ترقية علاجات β-ثلاسيميا وفقر الدم المنجلي. كما سيجدد ذلك الملكية الفكرية والبراءات المرتبطة، مما يسمح لـ Casgevy بأن يكون منتجًا مربحًا لفترة أطول.
2. Ginkgo Bioworks Holdings, Inc.
(DNA )
تنتج الشركة كائنات حية حسب الطلب لتطبيقات محددة. لقد وسعت تطبيقاتها على نطاق واسع مع العديد من برامج البحث والشراكات:
- Cannabinoids
- إنتاج لقاحات mRNA والطب النويلي للأحماض النووية
- بروتينات غذائية
- إنتاج أسمدة بيولوجية بالتعاون مع Bayer
- ميكروبات مبرمجة لأمراض الأمعاء
- معالجة الميكروبلاستيك
- الأمن البيولوجي واكتشاف الممراضات
- إعادة تدوير النفايات والملوثات
العديد من هذه التعديلات تعتمد على كريسبر أو تقنيات تعديل الجينات المشابهة، ولا سيما علاجات CAR-T للسرطان.
من خلال توفير منصة جاهزة لهندسة الخلايا، تصبح Ginkgo مزود خدمة رئيسي في صناعة التكنولوجيا الحيوية، متجاوزةً قطاع الأدوية إلى الزراعة، الأمن البيولوجي، والعمليات الكيميائية الصناعية. توفر الخبرة والسرعة ويمكن أن تساعد في تقليل التكاليف الثابتة وكمية النفقات الرأسمالية المطلوبة لمشروع بحث.
يتجلى ذلك في تنوع العملاء والشركاء الذين تعاملت معهم الشركة على مدار السنوات القليلة الماضية.
المصدر: Gingko Bioworks
إنها سهم جذاب للمستثمرين الذين يتطلعون للمراهنة على تقنيات تعديل الجينات وهندسة الخلايا، ولكن ليس لتطبيق واحد محدد. وهذا عادةً ما يكون أكثر جاذبية للمستثمرين الذين يركزون على النمو.
ظهور أدوات مفتوحة المصدر ومجانية مثل OpenCRISPR-1 قد يكون دفعة هائلة لشركات مثل Gingko، التي تركز أكثر على تطوير عشرات أو مئات الكائنات والخلايا المخصصة بدلاً من السعي لإصدار نسخة محددة من كريسبر أو علاج واحد معين. بهذه الطريقة، يمكنها الوصول بسرعة إلى كريسبر مخصص لنوع نبات معين أو أكثر فعالية على جينات القنّب، إلخ.
