ما هو CRISPR-Cas12a2؟ & لماذا يهم؟

تاريخ موجز ل CRISPR

CRISPR هي اختصار ل Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats، وهي مقاطع من الحمض النووي الدائري تحتوي على تكرارات قصيرة من تسلسلات القواعد. هذه هي جزء من نظام الدفاع البكتيري الذي، جنبًا إلى جنب مع بروتينات CRISPR المرتبطة (Cas)، يشكل أساس تكنولوجيا تحرير الجينوم CRISPR-Cas9. إنه يستهدف أساسًا المواد الجينية للفيروس لوقف انتشارها.

يمكن استخدام جزيئات CRISPR مع بروتين Cas9 (Cas يعني بروتين مرتبط ب CRISPR) لتشكيل تكنولوجيا CRISPR-Cas9. يتم استخدام هذه التكنولوجيا لتحرير الجينات داخل الخلايا الحية والكائنات الحية باستخدام تسلسلات CRISPR المعدلة.

ميزة رئيسية للتقنية هي أنها تسمح بالاستهداف بدقة عالية للمنطقة التي يتم تحريرها من الحمض النووي، وهو شيء لم تتمكن التقنيات السابقة من إنجازه. حصل مخترعو CRISPR-Cas9 على جائزة نوبل في الكيمياء لعام 2020.

ولكن Cas-9 ليس الطريقة الوحيدة الممكنة لاستخدام CRISPR. هناك أيضًا Cas13، الذي يمكن استخدامه لتحرير الحمض النووي الريبي. والذي يخص هذه المقالة، Cas12a

Cas12a مقابل Cas9

هذا سوف يشرح Cas12a قدر الإمكان بطريقة مفهومة من قبل غير الخبير في الكيمياء الحيوية، بحيث سيتم تبسيط بعض التفاصيل، ويمكننا أولاً النظر إلى ما هو CRISPR-Cas12a.

CRISPR-Cas12a هو نظام مختلف عن Cas9 في بعض الجوانب:

• توفر مواقع قطع بديلة لما يمكن أن يفعله Cas9.
  • ترجمة غير تقنية: المشكلات الصعبة التي لا يمكن حلها مع Cas9 يمكن أن تكون قابلة للعمل مع Cas12a
• يقطع الحمض النووي بطريقة تترك قسمًا “لزجًا” من الحمض النووي بدلاً من القطع “الأملس” ل Cas9، ويمكن قطعه عدة مرات.
  • ترجمة غير تقنية: ينتج عن ذلك زيادة في فرص حدوث تحرير الجين.
• لا يوجد حاجة إلى crRNA المنشط عبري (tracrRNA) ل Cas12a، على عكس Cas9. بسبب الحجم الأصغر، سيسمح بتحرير الجينوم المتعدد بسهولة أكبر.
  • ترجمة غير تقنية: يمكن تعديل أكثر من جين في نفس الوقت مع Cas12a

Source: Wikipedia

خصائص Cas12a2 الفريدة

مع CRISPR-Cas12a، اعتقد الباحثون أن لديهم إصدارًا جديدًا، قليلاً مختلفًا من CRISPR-Cas9 الأفضل فهمًا الآن. كان لها الكثير من الاستخدامات المثيرة للاهتمام بسبب هذه الاختلافات، ولكنها كانت لا تزال نفس الآلية الأساسية.

ثم جاء Cas12a2.

الرقم الأخير “2” في النهاية هو لمرادف من Cas12a يبدو أن لديه خصائص مختلفة جدًا. في الواقع، إنه يتصرف بطريقة مختلفة جدًا عن “الnormal” Cas12a أكثر من اختلاف Cas12a عن Cas9.

تم تصميم أنظمة CRISPR-Cas للهجوم على الجينات الأجنبية وحماية البكتيريا من الفيروسات. أعاد الباحثون توجيه هذه القدرة إلى تحرير الجينات. ما يفعله Cas12a2 هو شيء مختلف تمامًا. عندما يكتشف الحمض النووي الريبي الفيروسي، يبدأ في مهاجمة جميع الحموض النووية داخل الخلية. معظم الوقت، سوف يقتل الخلية المتأثرة، وحمايتها من بقية مستعمرة البكتيريا و حجب تكرار الفيروس.

تم الحصول على هذه الآلية الجديدة من قبل المكتشفين لمكان في المنشور المتميز Nature في يناير 2023 في 2 ورقة بحثية مختلفة (شيء ما شبه صنع مسار الوظيفي لأي عالم أحياء).

تطبيقات Cas12a2

السبب وراء حماس مراجع Nature بسيط جدًا. آلية Cas12a2 تسمح بإنشاء أداة “قابلة للبرمجة لقتل الخلايا”.

التطبيق الأول يمكن أن يكون أكثر كفاءة في التحرير باستخدام طريقة CRISPR الأخرى. يمكن أن يزيد الجمع بين Cas12a2 وأنظمة CRISPR-Cas الأخرى من كفاءة تحرير الجينوم CRISPR من خلال التحديد العكسي.

يمكن أن يكون أيضًا فعالًا جدًا في الكشف عن الحمض النووي الريبي الفيروسي. لذلك، التطبيق الثاني هو أن Cas12a2 يمكن أن يتحول إلى اختبار شبه مثالي لاكتشاف الفيروسات. يثبت الورقة المنشورة بالفعل مفهوم إثبات هذا الفكرة.

اختبارات Cas12a2-基于 ستجمع بين الحساسية العالية جدًا لاختبار PCR مع سهولة ورخاء اختبار المنزل. كل ذلك بدون الحاجة إلى آلات معقدة.

الأفضل من ذلك هو أنه يمكن ضبطه لاكتشاف أي فيروسات RNA، عائلة تحتوي على فيروسات مثل COVID-19، والإنفلونزا، وEbola، وZika، بالإضافة إلى أي طفرة قد تتجنب الدفعة الأولى من الاختبارات.

كل ما سوف يكون مطلوبًا لتصميم اختبار جديد سوف يكون معرفة جينوم الفيروس وتصميم تسلسلات crRNA المخصصة. شيء يمكن القيام به في بضعة أسابيع فقط، كما أظهرت الوباء لنا.

لذلك، على مستوى الفهم الحالي ل Cas12a2، يبدو الاختبار تطبيقًا прямًا.

التطبيق الثالث المحتمل يمكن أن يكون في استخدام CRISPR-Cas12a2 في علاج السرطان. مثال نظري يمكن أن يكون برمجة Cas12a2 للتفاعل مع تسلسلات جينية محددة للخلايا السرطانية فقط، مما يؤدي إلى إجبار الخلية السرطانية على “الانتحار”. ومع ذلك، قد يكون هذا التطبيق أبعد من الآخرين بسبب تعقيد الجينات الخلوية السرطانية.

استثمار الخلاصة

تكنولوجيا CRISPR لا تزال في مرحلة الطفولة، مع آليات جديدة تمامًا لاكتشافها. استغرق الباحثون الذين يعملون على Cas12a2 7 سنوات للحصول على نتائج جيدة بما فيه الكفاية لفهمها. تم نشر CRISPR-Cas12a2 حديثًا و لا يزال على مسافة بعيدة من الوصول إلى التجارية. لن أكون مستغربًا إذا كانت هناك متغيرات أخرى لأنظمة CRISPR-Cas لا تزال مخفية في نتائج أولية لفرق بحثية أخرى في جميع أنحاء العالم.

سوف يكون Cas12a2 مساحة لدراستها باهتمام في سياق تكنولوجيا الاختبار، و تشكيل تهديد محتمل لاختبار المستضد واختبار PCR في المستقبل.

يمكن أن يتم الجمع بينه وبين تقنيات CRISPR الأخرى لجعلها أكثر كفاءة أو حل الحواجز الفنية. بشكل عام، يبدو Cas12a2 سببًا جيدًا لزيادة التفاؤل بشأن تكنولوجيا CRISPR بشكل عام وإمكاناتها لتغيير الطب. بما في ذلك الاختبار، شيء لم يكن أحد قد تصوره حتى يناير 2023.

Editas Medicine (EDIT) هي واحدة من الشركات التي تعمل حاليًا على هذه التكنولوجيا.