تحرير الجينات يضع البحث البيولوجي على مسار جديد

العلم أصبح أسرع وأكثر طموحًا في عصر CRISPR

في أواخر العقد الثاني من القرن الحادي والعشرين، وُلدت ثمانية قرود ماكاك في مختبر بشنغهاي. في البداية، بدت مثل باقي الرضع في المستعمرة، ولكن سرعان ما أصبحت الفروقات واضحة. كانت هذه القرود أكثر نشاطًا ليلًا مقارنة بأقرانها، كما أن هرموناتها كانت غير طبيعية. كان الميلاتونين، وهو الهرمون المسؤول عن تنظيم دورة النوم والاستيقاظ، غير مستقر تمامًا، بينما كان الكورتيزول، هرمون التوتر، مرتفعًا بشكل دائم. ثم بدأت هذه القرود في إظهار سلوكيات غريبة؛ جلست مجمدة في الزوايا لفترات طويلة، هربت خوفًا من مقدمي الرعاية، وبدأت بدفن رؤوسها الصغيرة في أيديها – وهي كلها علامات على اضطرابات نفسية.

كان السبب وراء هذه التغييرات تجربة وراثية. عندما كانت هذه القرود مجرد أجنة أحادية الخلية، استخدم العلماء أدوات CRISPR لتعطيل أو “إسكات” جين يساعد في تنظيم الساعة البيولوجية للجسم. يرتبط اضطراب هذا الجين بأمراض نفسية مثل اضطراب ثنائي القطب، والتي يصعب دراستها على المستوى الجيني والجزيئي. تعاني قرود شنغهاي هذه الآن من حياة غير طبيعية في محاولة لفهم كيفية تأثير الجينات على اضطرابات الدماغ، بهدف تطوير أدوية لهذه الحالات.

كان من الممكن تنفيذ هذه التجربة باستخدام التكنولوجيا القديمة، ولكنها كانت ستكون عملية بطيئة للغاية. يمكن للعلماء تعطيل الجينات باستخدام “استهداف الجينات”، وهي عملية غير فعالة تتطلب إدخال DNA في الخلايا الجذعية ومن ثم في الأجنة، وهي عملية تستغرق عامًا واحدًا في الفئران. لكن باستخدام CRISPR، يمكن تحقيق نفس النتائج في شهر واحد فقط. الأمر نفسه ينطبق على إدخال (إضافة) الطفرات الجينية. لقد أصبحت التعديلات الوراثية في الخلايا والحيوانات سريعة جدًا وسهلة، مما يسمح للعلماء بمحاكاة العديد من الأمراض في المختبر، وفهم آليات الجينات المعقدة، وإجراء دراسات ضخمة تربط بين الجينات والأمراض.

تحرير الجينات: ثورة في البحث الطبي والزراعي

قد تكون تقنية CRISPR على وشك إحداث تحول في الطب والزراعة، لكنها أحدثت بالفعل ثورة في الأبحاث العلمية. في عام 2024، تم ذكر تقنية CRISPR في 9,000 ورقة بحثية علمية، مقارنة بـ 300 فقط في عام 2013.

منذ عام 2012، قامت Addgene، وهي منظمة غير ربحية متخصصة في توزيع المواد الجينية، بشحن أكثر من 300,000 مجموعة CRISPR إلى 5,000 مؤسسة بحثية في حوالي 100 دولة.

يقول روبن لوڤل-بادج، عالم الأحياء التطويرية في معهد فرانسيس كريك في لندن:
“يمكنك ببساطة طلب كل ما تحتاجه.”

CRISPR يسرّع اكتشافات علم الوراثة

• في التسعينيات، اكتشف لوڤل-بادج أن هناك جينًا على الكروموسوم Y يسمى SRY يعمل كمفتاح يحوّل الأجنة من التطور كإناث إلى ذكور.
• لكن لم يكن هناك فهم دقيق لكيفية عمله حتى ظهر CRISPR في العقد الثاني من القرن الحادي والعشرين.
• من خلال التجارب، اكتشف الباحثون أن SRY ينشط جينًا آخر يسمى SOX9، وهو الجين المسؤول عن تطور الخصيتين.
• عندما تم تعطيل هذا الجين باستخدام CRISPR، تحولت الفئران XY (ذكور وراثيًا) إلى إناث، وهو أمر يحدث أحيانًا بشكل طبيعي عند البشر أيضًا.

التحديات في فهم الطفرات الجينية

كل شخص يحمل طفرات وراثية، حيث يتم استبدال قاعدة DNA بأخرى. ولكن على الرغم من إمكانية اكتشاف هذه الطفرات بسهولة بتسلسل الجينوم، فإنه لا يُعرف دائمًا أي منها غير ضار وأيها قد يسبب أمراضًا.

هنا يأتي دور CRISPR:

• خلال السنوات الأخيرة، ساعدت تقنية CRISPR العلماء في تصنيف الطفرات الجينية وتحديد تأثيرها.
• يستخدم جريج فندلاي، زميل لوڤل-بادج، تقنية CRISPR لدراسة كل طفرة جينية مرتبطة بالأمراض.

كم عدد الطفرات التي يمكن تحليلها؟

• هناك حوالي 30 مليون طفرة جينية قد تكون مرتبطة بالأمراض.
• بفضل CRISPR، يمكن الآن تحليل عشرات الآلاف من الطفرات في وقت واحد.
• في عام 2024، حلل فندلاي 2,268 طفرة في جين VHL، المرتبط بسرطان الكلى، مما ساعد في تصنيف تأثيرات الطفرات المختلفة.

لكن التحدي لا يزال قائمًا:

• بعض أجزاء الجينوم لا تزال غير مفهومة تمامًا، وقد تحتوي على العديد من الطفرات التي تسبب الأمراض.
• حتى الآن، لا يستطيع العلماء اختبار جميع 10 مليارات طفرة محتملة.
• لحل هذه المشكلة، يخطط فندلاي لاستخدام الذكاء الاصطناعي لتوقّع تأثير الطفرات غير المختبرة.

CRISPR والتنبؤ بالأمراض

في عام 2023، أطلقت شركة DeepMind التابعة لـ Google نموذج ذكاء اصطناعي يسمى Alpha Missense يمكنه التنبؤ بمدى خطورة الطفرات الجينية.

لكن بفضل CRISPR، يمكن الآن إنشاء مجموعات بيانات ضخمة في أشهر قليلة بدلاً من 10 سنوات، مما سيساعد في تحسين دقة التنبؤات حول الأمراض الوراثية.

توسيع نطاق CRISPR

• سيلفانا كونيرمان، مديرة معهد Arc في كاليفورنيا، طورت أداة CRISPR جديدة تتيح تنشيط الجينات بدلاً من تعطيلها.
• بدلاً من البدء بجين معين لمعرفة تأثيره، يمكن للعلماء الآن تحليل كيفية استجابة الجسم للمؤثرات الخارجية، مثل الأدوية والفيروسات.

مثال: فيروس كورونا (SARS-CoV-2)

• في عام 2022، طور فريق كونيرمان تقنية CRISPR لدراسة كيفية تأثير جينات الرئة البشرية على الإصابة بفيروس كورونا.
• اكتشفوا أن الخلايا التي تنتج كميات أكبر من المخاط كانت أكثر مقاومة للفيروس، مما قد يفسر لماذا يعاني بعض الأشخاص من كوفيد-19 الشديد بينما ينجو آخرون بأعراض خفيفة.

الخاتمة

• تقنية CRISPR غيرت البحث البيولوجي وجعلت تعديل الجينات أسرع وأسهل.
• العلماء يستخدمونها لفهم كيفية تأثير الجينات على الأمراض الوراثية والسرطان.
• مستقبل الطب قد يشهد علاجات جينية مخصصة لكل فرد بفضل البيانات الضخمة التي يتم جمعها من خلال CRISPR والذكاء الاصطناعي.

https://www.economist.com/technology-quarterly/2025/02/21/gene-editing-has-put-biological-research-on-a-new-trajectory