ييل يكشف عن اختراق قائم على Cas12a لتعديل CRISPR متعدد الجينات

توسيع إمكانات CRISPR

منذ اكتشافه، أصبح CRISPR (“تكرارات قصيرة متناظرة ومتقاربة بانتظام”) الذي فاز بـ جائزة نوبل في الكيمياء لعام 2020، قد أحدث ثورة في الطب والتكنولوجيا الحيوية.

المصدر: Nobel Prize

يتيح CRISPR إجراء تغييرات مستهدفة على تسلسلات جينية محددة، لكنه لا يزيل خطر الطفرات غير المرغوبة. إرشادات FDA تدعو إلى تقييم التحرير غير المستهدف وغيرها من التغييرات الجينومية غير المقصودة.

هذا مهم لأن إدخال الجينات غير الموجه ارتبط بمشكلات كبيرة، لا سيما مخاطر السرطان، مما يجعل استخدامها العلاجي صعبًا ومثيرًا للجدل.

يمكن استخدام CRISPR بطرق متعددة لتعطيل جين موجود بالفعل، حذف تسلسل محدد، أو تعديل/إدخال التسلسل الجيني الصحيح.

المصدر: CRISPR Therapeutics (NASDAQ: CRSP)

تحول هذا إلى اختراق طبي مع الموافقة من FDA على الـ الأول العلاج القائم على CRISPR في عام 2023، تم تطويره بواسطة CRISPR Therapeutics للأمراض الدموية الجينية (اتبع الرابط للحصول على تقرير مخصص حول CRISPR Therapeutics).

CRISPR لا يقتصر على تعديل جين واحد في كل مرة: تم إثبات تحرير Cas9 المتعدد في عام 2013. لا يزال تصميم وتوصيل تدخلات متعددة الجينات موثوقة يمثل تحديًا.

تضيف دراسة ييل مجموعة أدوات فأر تعتمد على Cas12a لدراسة عدة جينات معًا؛ لكنها لا تُثبت أول طريقة CRISPR متعددة الجينات ولا تُظهر علاجًا في البشر.

كانت دراسة رائدة جمعت فريقًا ضخمًا من الباحثين: لا يقل عن 37 شخصًا مذكورين كمؤلفين للدراسة¹ التي نُشرت في Nature Biomedical Engineering تحت عنوان “فئران Cas12a-knock-in للتحرير المتعدد للجينوم، نمذجة الأمراض، وهندسة الخلايا المناعية”.

يمكن أن تساعد في إنشاء نماذج جديدة للأمراض والعلاجات، مثل الأمراض الجينية في الكبد، وسرطان الرئة، وسرطان الجلد، وتسريع المزيد من الأبحاث في هذا المجال.

العديد من أنظمة CRISPR

عند مناقشة CRISPR، سواء في اكتشافه الفائز بجائزة نوبل أو العلاجات المعتمدة من FDA، ما يُناقش فعليًا هو CRISPR-Cas9.

جزء “Cas” من النظام هو البروتين المسؤول عن قطع شريط DNA وإجراء تحرير الجينات نفسه، موجهًا بواسطة جزيء RNA. هناك العديد من بروتينات Cas الأخرى قيد الدراسة، ومن المحتمل اكتشاف المزيد.

المصدر: YourGenome

قد يصبح من الشائع في المستقبل أن يصمم الباحثون أنظمة Cas مخصصة، لا سيما مع “OpenCRISPR-1″، ذكاء اصطناعي مفتوح المصدر صُمم لتصميم نظام CRISPR مخصص لحالات معينة. قد تساعد أيضًا محاكاة حاسوبية تسمى CREME (تفسيرات نموذج العنصر التنظيمي الساكن) في فهم أفضل لكيفية تحسين أنظمة CRISPR.

Cas12a هو نظام CRISPR آخر تم التحقيق فيه على نطاق واسع، وله خصائص مفيدة للتحرير المتعدد.

CRISPR-Cas12a

منذ أن ناقشناها لأول مرة في عام 2023, تم تحقيق تقدم كبير في تقنية Cas12a.

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

• يوفر مواقع قطع بديلة لما يمكن لـ Cas9 القيام به.
  • المشكلات الصعبة الحل مع Cas9 قد تكون قابلة للحل مع Cas12.
• يقص DNA بطريقة تترك جزءًا “لاصقًا” من DNA بدلاً من القطع “المستقيم” الذي يفعله Cas9 ويمكن قصه عدة مرات.
• • هذا يؤدي إلى فرصة أعلى لتحرير الجينات.
• لا حاجة إلى crRNA (tracrRNA) المنشط للنسخ لـ Cas12a، على عكس Cas9. وبسبب الحجم الأصغر، سيسمح بتحرير جينوم متعدد بسهولة أكبر.
  • يمكن تعديل أكثر من جين في وقت واحد باستخدام Cas12a.

المصدر: Wikipedia

هذه الخاصية الأخيرة لـ Cas12a هي التي أثارت أكبر اهتمام للبيولوجيين، حيث تتطلب العديد من الأمراض أو الهندسة الجينية تحريرًا متعددًا للجينات، الإدراج، أو الحذف.

يمكن لكل من Cas9 وCas12a دعم التحرير المتعدد. تعتمد ملاءمة نظام معين لمرض معين على طريقة التوصيل، كفاءة التحرير، والسلامة، وليس على عجز فئري لـ Cas9 عن تعديل عدة جينات.

في الوقت نفسه، يتضح أن CRISPR يمتلك إمكانات تتجاوز علاج الأمراض الجينية النادرة، مع التركيز على علم الأعصاب، السرطان (الأورام)، والمسائل الأيضية كأكثر المجالات احتمالًا لتحسين أو إنقاذ حياة عشرات الملايين.

المصدر: ARK Invest

قد تستفيد بعض العلاجات المقترحة من تعديل عدة جينات، لكن النهج المطلوب يعتمد على المرض وتصميم العلاج.

دراسة ييل Cas12a

أهداف متنوعة

قبل إجراء تحرير متعدد الجينات على البشر، نحتاج أولاً إلى فهم أفضل لتأثير مثل هذا التدخل العدواني على الجينوم.

استخدم الباحثون في ييل فأرًا مخبريًا لتعديل خلايا المناعة جينيًا، بما في ذلك خلايا T⁺⁺ CD4 و CD8، خلايا B، وخلايا dendritic المستمدة من نخاع العظام. كما عدلوا جينات مرتبطة بالسرطان وأنسجة الكبد داخل الجسم.

تم توصيل مادة تحرير الجينات إلى كل هدف باستخدام الفيروسات الرجعية، الفيروسات المرتبطة بالـ AAV، وجسيمات النانو الدهنية، على التوالي.

المصدر: Nature Biomedical Engineering

لتوسيع إمكانية الطريقة، استخدموا أيضًا 2 من متغيرات Cas12a.

فحص الكفاءة

أولاً، ربط الباحثون الطفرة ببروتين فلوري للتحقق مما إذا كانت تُجرى بشكل صحيح.

المصدر: Nature Biomedical Engineering

ثم فحصوا كيف تختلف كفاءة تحرير الجينات حسب الأعضاء المستهدفة. تبين أن الكبد، الدماغ، الكلى، والرئتين كانت من بين الأسهل لتحقيق مستوى عالٍ من تحرير الجينات داخل الجسم.

هذا يُعطي نتائج واعدة جدًا، حيث تُعد هذه الأعضاء الأكثر أهمية للأهداف الطبية الرئيسية لعلاجات CRISPR المستقبلية.

المصدر: Nature Biomedical Engineering

الإمكان العملي

بعد إثبات أن المفهوم يمتلك إمكانًا، انتقل الباحثون لاختبار حالات استخدام تعديل خلايا المناعة وخلايا السرطان.

عند التعامل مع خلايا المناعة، كانت كفاءة التحويل، وهو المقياس الذي يقيس نسبة الخلايا المعرضة التي تم تعديلها جينيًا، مرتفعة بشكل ملحوظ، حيث وصلت إلى 90-100٪.

المصدر: Nature Biomedical Engineering

نتيجة ملحوظة أخرى، وهي شرط أساسي لأي تطبيق محتمل للعلاجات داخل الجسم، هي معدل عالي جدًا للطفرات المستهدفة. هذا يعني أن الجين المقصود فقط هو الذي يتم تعديله، مع حدوث طفرات غير مستهدفة قليلة جدًا.

المصدر: Nature Biomedical Engineering

DAKO

هذا يعني أن علاجًا واحدًا يمكن أن ينقسم لاحقًا وينتج كلًا من تنشيط جين واحد وكبح جين آخر في آن واحد.

المصدر: Nature Biomedical Engineering

هذه خطوة مهمة لتعديل الخلايا ذات الآليات الكيميائية المعقدة، على سبيل المثال، بروتين يفعّل آلية وآخر يثبطها. من خلال تنفيذ تحرير DAKO للجينات، يصبح من الممكن تعزيز النشاط المطلوب فوق المستويات الطبيعية وإزالة النظام الذي يثبط هذا التأثير.

نظرًا لأن الضوابط الرجعية غير المرغوبة أو غير المدارة جيدًا غالبًا ما تكون سببًا رئيسيًا لفشل تحرير الجينات كما هو مأمول، قد يمثل نظام DAKO ثورة، خاصة في علم الأورام، علم الأعصاب، والعلاجات الأيضية.

المصدر: Nature Biomedical Engineering

نماذج حيوانية

يمكن لهذا النظام الجديد لتحرير الجينات باستخدام Cas12a أن يكون دقيقًا مثل Cas9 ولكنه قادر على إجراء تعديلات متعددة في آن واحد، ويمكن أن تكون هذه التعديلات كلًا من تنشيط وكبح الجينات.

هذا يجعله نظامًا مثاليًا لإنشاء نموذج بيولوجي جديد يمكن للبيولوجيين اختبار فرضياتهم من خلاله.

“هذه الفئران يمكن أن تسهل سير عمل سريع وسلس لاستهداف الجينات العلاجية داخل الجسم، نمذجة الأمراض/الأورام، وهندسة الخلايا المناعية الأولية.”

“بالدمج مع تصنيع مكتبة أوليغو المجمعة والاستنساخ، يمكن استخدام هذه الفئران في فحص CRISPR عالي الإنتاجية لدراسة أسئلة جينية معقدة، مثل انتقال الفينوتيبات الفاعلة والذاكرة في الخلايا المناعية.”

تعد مثل هذه النماذج الحيوانية مهمة جدًا لاختبار العلاجات المحتملة، أو لفهم الأمراض المعقدة بشكل أفضل. لذا حتى إذا لم يصل أي علاج يستخدم Cas12a إلى السوق، فإن هذا وحده يعني أن هذا المتغير من CRISPR سيترك أثرًا كبيرًا على أبحاث التكنولوجيا الحيوية المستقبلية.

المضي قدمًا

كما ثبت في الدراسة أن شدة تحرير الجينات يمكن أن تختلف بشكل كبير حسب العضو، فمن المحتمل تحقيق تحسينات إضافية.

من المحتمل أن يكون العنصر الأساسي هو اختبار ناقلات جديدة لنظام تحرير الجينات، سواءً فيروسات أخرى أو كبسولات نانوية دهنية أخرى. على وجه الخصوص، ستحتاج الدراسات أو الأمراض المحددة إلى ناقلات أفضل للأعضاء الأقل تأثرًا.

على المدى الطويل، من المرجح أن تستخدم علاجات تحرير الجينات للأمراض المعقدة مثل السرطان والمسائل العصبية نظامًا أقرب إلى نظام Cas12a هذا بدلاً من “Cas9 الأحادي الجين” التقليدي.

شركة Cas12a

Editas

تأسست Editas على يد المكتشفة المشتركة لـ CRISPR-Cas9 جينيفر دودنا. بدأت Editas العمل مع Cas9 لكنها الآن تركز على نسخة مملوكة من Cas12a قامت بتصميمها: AsCas12a.

يمكنك قراءة المزيد عن الخصائص الفريدة لـ Cas12a في مقالتنا المخصصة “ما هو CRISPR-Cas12a2؟ ولماذا هو مهم؟”.

المصدر: Editas

يمكنك أيضًا قراءة نظرة عامة على جميع شركات جينيفر دودنا في المقال المقابل “أفضل شركات جينيفر دودنا للمراقبة.”

تركز Editas على مرض الخلايا المنجلية (SCD) وبيتا-ثلاسيميا، وهو المرضان اللذان خسروا السباق للحصول على أول موافقة علاجية أمام المنافسين CRISPR Therapeutics وBlueBirdBio.

بشكل عام، تم تأجيل برنامج SCD (أُعيد تسميته مؤخرًا إلى reni-cel) عدة مرات، مما أثار قلق المستثمرين، ومنذ ذلك الحين تم إعادة تركيزه على العلاج داخل الجسم للتمييز عنه عن العلاجات المعتمدة بالفعل لـ SCD.

مع ذلك، تمتلك Editas براءات اختراع هامة على CRISPR-Cas12، والتي استخدمها باحثون في جامعة نيو ساوث ويلز بأستراليا، لتطوير اختبار شريط COVID-19، مما يوضح إمكانات التقنية خارج تحرير الجينات.

كما وقع في عام 2023 صفقة بقيمة 50 مليون دولار مع Vertex لتسمح للشركة باستخدام حقوق ملكية Cas9 الخاصة بـ Editas.

تركز Editas على إصدارات CRISPR الأخرى غير “CRISPR-Cas9 التقليدي” وقد تكون حقوق ملكية البحث الخاصة بها مفيدة في إقامة شراكات وتوليد إيرادات دون منتج معتمد من FDA، إلى جانب تدفق نقدي يمتد حتى 2026.

مع تزايد إثبات أن Cas12a يُعد طريقة من الدرجة الأولى لتحرير الجينات المتعدد، قد تكون خبرة Editas وتركيز خط أنابيبها على هذا المتغير من CRISPR رهانًا ناجحًا على المدى الطويل.

(يمكنك قراءة المزيد عن CRISPR companies in our corresponding article “Top 5 CRISPR Companies To Invest In”.)

آخر الأخبار عن Editas

الدراسات المشار إليها:

^{1. Tang, K., Zhou, L., Tian, X. et al. فئران Cas12a-knock-in للتحرير المتعدد للجينوم، نمذجة الأمراض، وهندسة الخلايا المناعية. Nat. Biomed. Eng (2025). https://doi.org/10.1038/s41551-025-01371-2}