جهشی بزرگ در دقت ویرایش ژن؛ دانشمندان MIT نرخ خطا را به‌طرز چشمگیری کاهش دادند

دانشمندان مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT) راهی برای افزایش چشمگیر دقت یکی از پیشرفته‌ترین تکنیک‌های ویرایش ژن، موسوم به «ویرایش اولیه» (Prime Editing)، پیدا کرده‌اند. این دستاورد، نرخ خطاهای ناخواسته را تا یک‌شصتم مقدار قبلی کاهش می‌دهد و این فناوری قدرتمند را یک گام بزرگ به استفاده ایمن در درمان بیماری‌های ژنتیکی نزدیک‌تر می‌کند.

«ویرایش اولیه» که در سال ۲۰۱۹ معرفی شد، یک نسخه بسیار دقیق‌تر و پیشرفته‌تر از فناوری کریسپر (CRISPR) است. برخلاف کریسپر کلاسیک که هر دو رشته DNA را برش می‌زند، ویرایش اولیه فقط یک رشته را می‌بُرد و یک توالی ژنتیکی جدید را در آن جایگزین می‌کند. این روش بسیار دقیق‌تر است و عوارض جانبی کمتری دارد و دارای پتانسیل درمان صدها بیماری ژنتیکی با اصلاح مستقیم جهش‌ها است.

اما این تکنیک یک مشکل اساسی داشت، آن هم خطاهای ناخواسته بود. پس از اینکه توالی جدید کپی می‌شد، باید با رشته DNA قدیمی برای جایگزینی در ژنوم رقابت می‌کرد. گاهی اوقات، رشته قدیمی در این رقابت پیروز می‌شد و رشته جدید به صورت یک قطعه اضافی باقی می‌ماند که می‌توانست به اشتباه در جای دیگری از ژنوم قرار بگیرد و باعث جهش‌های ناخواسته و خطرناک شود. نرخ این خطا در حالت عادی، حداکثر به یک خطا در هر هفت ویرایش نیز می‌رسید.

راهکار دانشمندان MIT برای کاهش خطای ویرایش ژن

براساس گزارش SciTechDaily، راه‌حل تیم MIT برپایه مهندسی دقیق پروتئین Cas9 (همان قیچی مولکولی در سیستم کریسپر) است. آنها دریافتند که برخی نسخه‌های جهش‌یافته این پروتئین، به جای اینکه همیشه در یک نقطه ثابت برش ایجاد کنند، گاهی اوقات برش خود را یک یا دو باز (Base) جلوتر در توالی DNA انجام می‌دهند.

این تغییر کوچک، یک اثر بزرگ داشت: باعث ناپایدارشدن رشته DNA قدیمی می‌شد. با ناپایدار‌شدن، رشته قدیمی به راحتی تجزیه می‌شد و از سر راه کنار می‌رفت. این اتفاق به رشته DNA جدید اجازه می‌داد تا بدون هیچ رقیبی، به راحتی در جای صحیح خود قرار گیرد و فرایند ویرایش بدون هیچ خطایی تکمیل شود.

نتایج این مهندسی مجدد خیره‌کننده بود. دانشمندان با ترکیب چند جهش مؤثر در پروتئین Cas9 موفق شدند نرخ خطا را به‌طور چشمگیری کاهش دهند: در حالت ویرایش پرکاربرد، نرخ خطا از ۱ در ۷ به ۱ در ۱۰۱ ویرایش کاهش یافت. در حالت ویرایش با دقت بالا، نرخ خطا از ۱ در ۱۲۲ ویرایش به ۱ در ۵۴۳ ویرایش کاهش یافت. این اتفاق به معنای کاهش نرخ خطا تا یک‌شصتم مقدار اولیه است.

این دستاورد می‌تواند به توسعه روش‌های ژن‌درمانی بسیار ایمن‌تر برای بیماری‌های ژنتیکی منجر شود و به عنوان یک ابزار تحقیقاتی قدرتمندتر در اختیار دانشمندان سراسر جهان قرار ‌گیرد. تیم MIT اکنون درحال کار روی بهبود بیشتر کارایی و یافتن راه‌هایی برای رساندن این سیستم‌های ویرایشگر به بافت‌های خاصی از بدن است که یکی از بزرگ‌ترین مسائل ژن‌درمانی محسوب می‌شود.

یافته‌های این پژوهش در ژورنال Nature منتشر شده است.