ما هو CRISPR-Cas12a2؟ & لماذا يهم؟

A Brief History of CRISPR

CRISPR هو اختصار لـ Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats، وهي مقاطع من DNA البروكاريوتية تحتوي على تكرارات قصيرة لتسلسلات القواعد. هذه المقاطع جزء من نظام دفاع بكتيري، يعمل مع بروتينات مرتبطة بـ CRISPR (Cas) لتشكيل أساس تقنية تحرير الجينوم CRISPR-Cas9.  إنها تستهدف أساسًا المادة الجينية للفيروس لإيقاف انتشاره.

يمكن استخدام جزيئات CRISPR مع بروتين Cas9 (Cas يعني بروتين مرتبط بـ CRISPR) لتكوين تقنية CRISPR-Cas9. تُستَخدم هذه التقنية في تحرير الجينات داخل الخلايا الحية والكائنات باستخدام تعديل تسلسلات CRISPR.

ميزة رئيسية لهذه التقنية هي أنها تسمح باستهداف منطقة DNA التي يتم تعديلها بدقة عالية، وهو ما لم تستطع التقنيات السابقة تحقيقه. فاز مخترعو CRISPR-Cas9 بجائزة نوبل في الكيمياء لعام 2020.

لكن Cas-9 ليس الطريقة الوحيدة لاستخدام CRISPR. هناك أيضًا Cas13، الذي يمكن استخدامه لتحرير RNA. والموضوع المتعلق بهذه المقالة هو Cas12a

Cas12a vs Cas9

سوف نشرح Cas12a قدر الإمكان بطريقة يمكن لغير المتخصصين في الكيمياء الحيوية فهمها، لذا سيتم تبسيط بعض التفاصيل، ويمكننا أولاً النظر إلى ما هو CRISPR-Cas12a.
CRISPR-Cas12a هو نظام مختلف عن Cas9 في عدة جوانب:

• توفر مواقع قطع بديلة عما يمكن لـ Cas9 القيام به.
  • ترجمة غير تقنية: المشكلات الصعبة التي لا يمكن حلها باستخدام Cas9 قد تكون قابلة للحل باستخدام Cas12a
• يقص DNA بطريقة تترك جزءًا “لاصقًا” من DNA بدلاً من القطع “المستقيم” الذي يفعله Cas9، ويمكن قصه عدة مرات.
  • ترجمة غير تقنية: ينتج عن ذلك فرص أعلى لحدوث تحرير الجينات.
• لا حاجة إلى transactivating crRNA (tracrRNA) لـ Cas12a، على عكس Cas9. وبسبب صغر حجمه، سيسمح بتحرير جينوم متعدد بسهولة أكبر.
  • ترجمة غير تقنية: يمكن تعديل أكثر من جين في آن واحد باستخدام Cas12a

المصدر: Wikipedia

Cas12a2 Unique Properties

مع CRISPR-Cas12a، اعتقد الباحثون أنهم يمتلكون نسخة جديدة ومختلفة قليلًا من CRISPR-Cas9 الذي أصبح الآن مفهومًا بشكل أفضل. كان لديها العديد من الاستخدامات المثيرة للاهتمام بسبب هذه الاختلافات، لكنها لا تزال تعتمد على نفس الآلية الأساسية.
ثم ظهر Cas12a2.

الرقم الأخير، “2” في النهاية، يخص نسخة من Cas12a تظهر لها خصائص مختلفة جدًا. في الواقع، يتصرف بطريقة مختلفة تمامًا عن “Cas12a العادي” مقارنةً بما يفعله Cas12a مقارنةً بـ Cas9.

تم تصميم أنظمة CRISPR-Cas لمهاجمة الجينات الأجنبية وحماية البكتيريا من الفيروسات. أعاد الباحثون توجيه هذه القدرة إلى تحرير الجينات. ما يفعله Cas12a2 مختلف جدًا. عندما يكتشف RNA فيروسيًا، يبدأ في مهاجمة جميع الأحماض النووية داخل الخلية. في معظم الأوقات، سيقتل الخلية المتأثرة، مما يحمي باقي مستعمرة البكتيريا ويمنع تكرار الفيروس.

هذه الآلية الجديدة تمامًا حصل مكتشفوها على مكان في النشر المرموق Nature في أوائل يناير 2023 في ورقتين مختلفتين (شيء يُعد بمثابة قفزة مهنية لأي عالم أحياء).

Cas12a2 Applications

السبب وراء حماس مراجعي مجلة Nature بسيط جدًا. آلية cas12a2 تسمح بإنشاء أداة لـ “قتل الخلايا بشكل برمجي”.

التطبيق الأول قد يكون تحريرًا أكثر كفاءة باستخدام طريقة CRISPR الأخرى. دمج Cas12a2 مع أنظمة CRISPR-Cas الأخرى قد يعزز كفاءة تحرير الجينات عبر الاختيار المضاد.

يمكن أن يكون أيضًا فعالًا جدًا في اكتشاف RNA الفيروس. لذا، فإن التطبيق الثاني هو أن Cas12a2 يمكن تحويله إلى اختبار شبه مثالي لاكتشاف الفيروسات. الورقة المنشورة تُظهر بالفعل إثبات مفهوم لهذه الفكرة.

اختبارات قائمة على Cas12a2 ستجمع بين الحساسية العالية جدًا لاختبار PCR وسهولة ورخصة اختبار منزلي. كل ذلك دون الحاجة إلى آلات معقدة.

الجزء الأفضل هو أنه يمكن ضبطه لاكتشاف أي فيروس RNA تقريبًا، وهي عائلة تشمل فيروسات مثل COVID-19، الإنفلونزا، إيبولا، وزيكا، بالإضافة إلى أي طفرات قد تتجنب مجموعة الاختبارات الأولية.

كل ما يلزم لتصميم اختبار جديد هو معرفة جينوم الفيروس وتصميم تسلسلات crRNA مخصصة. شيء يمكن إنجازه في بضعة أسابيع فقط، كما أظهر لنا الجائحة.

لذا، في مستوى الفهم الحالي لـ Cas12a2، يبدو الاختبار تطبيقًا بسيطًا.

التطبيق الثالث المحتمل قد يكون في استخدام CRISPR-Cas12a2 لعلاج السرطان. مثال نظري قد يكون برمجة Cas12a2 للاستجابة لتسلسلات جينية خاصة بخلية السرطان فقط، مما يجبر الخلية السرطانية على “الانتحار”. ومع ذلك، قد يكون هذا التطبيق أبعد في المستقبل مقارنةً بالآخرين بسبب تعقيد جينات خلايا السرطان.

Investment Takeaway

تقنية CRISPR لا تزال في مراحلها الأولى، مع آليات جديدة تمامًا لاكتشافها. استغرق الباحث الذي يعمل على Cas12a2 سبع سنوات للحصول على نتائج كافية لفهمه. تم نشر CRISPR-Cas12a2 مؤخرًا ولا يزال بعيدًا عن الوصول إلى مرحلة التسويق. لن أكون متفاجئًا إذا كانت هناك متغيرات أخرى لأنظمة CRISPR-Cas لا تزال مخفية في النتائج الأولية لفرق بحثية أخرى حول العالم.

سيكون Cas12a2 مجالًا للدراسة المتأنية في سياق تكنولوجيا الاختبار، وقد يشكل تهديدًا محتملًا لاختبارات المستضد واختبارات PCR على المدى الطويل.

يمكن أيضًا دمجه مع تقنيات CRISPR الأخرى لجعلها أكثر كفاءة أو حل العقبات التقنية. بشكل عام، يبدو أن Cas12a2 سبب جيد لتكون أكثر تفاؤلاً بشأن تقنية CRISPR بشكل عام وإمكانيتها في تغيير الطب. بما في ذلك في الاختبار، وهو شيء لم يتخيله أحد حتى يناير 2023.

Editas Medicine (EDIT ) (EDIT) هي إحدى الشركات التي تعمل حاليًا على هذه التقنية.