حقیقت های جالب در خصوص ژن درایو و ویرایش ژنتیکی

• توسط : محبوبه خاوری
• در : ۱۳۹۹-۰۲-۱۷
• در : اخبار پزشکی

ژن درایو Gene Drive نوعی از تکنیک های مهندسی ژنتیک است که ژن ها را اصلاح می کند به طوری که آنها دیگر از قوانین معمولی وراثت پیروی نکنند. ژن درایوها به طرز چشمگیری احتمال اینکه مجموعه خاصی از ژن های تغییر یافته به نسل بعدی منتقل شوند را افزایش می دهند و به ژن ها اجازه می دهند تا به سرعت در میان یک جمعیت گسترش یافته و از انتخاب طبیعی چشم پوشی کنند. با بهره گیری از فناوری از CRISPR-Cas9 (ویرایش ژنتیکی)؛ اکنون استفاده از این تکنولوژی برای اکثر محققان آسان شده است. با ما باشید تا ببینیم ژن درایو چیست و در کنار آن با ویرایش و اصلاح ژنتیکی نیز آشنا شویم.

ژن درایو چیست؟

آندره کریسنتی Andrea Crisanti؛ متخصص ژنتیک در امپریال کالج لندن معتقد است که ” با استفاده از فناوری محرک ژن می توانید مسیر تکاملی آن ها را تغییر داد و حتی باعث انقراض یک گونه خاص شد. ” البته این فناوری می تواند روش مؤثری برای ریشه کن کردن برخی بیماری ها همانند پشه های ناقل بیماری مالاریا باشد. اما این پایان داستان شگفت انگیز ژن درایو و تغییر و اصلاح ژنتیکی موجودات نیست و دانشمندان هنوز در تلاشند تا اثرات زیست محیطی گسترده استفاده از پتانسیل ژن درایو ها را برای از بین بردن شمار بیشتری از بیماری ها کشف کنند.

ژن درایو چیست – ویرایش و اصلاح ژنتیکی

ژن درایو چگونه کار می کند؟

ژن درایو از سه مؤلفه اصلی تشکیل شده است: ژنی که می خواهید آن را گسترش دهید. آنزیم Cas9 که می تواند DNA را ببرد و CRISPR که یک توالی DNA قابل ارتقاء است که مشخص می کند که آنزیم از کجا باید بریده شود. این ماده ژنتیکی که برای این سه عنصر رمزگذاری می کند، به جای ژن طبیعی که می خواهید جایگزین کنید در هر دو کروموزوم وارد DNA یک موجود زنده می شود.

قدرت شگفت انگیز ژن درایو

قدرت اصلی و خاص ژن درایو این است که می تواند قوانین وراثت را که میلیون ها سال با کم ترین تغییر در موجودات عالم نسل به نسل به ارث رسیده است را تغییر دهد. در وراثت عادی از طریق تولید مثل، ۵۰٪ احتمال انتقال ژن خاص از والدین به فرزندان وجود دارد اما ژن درایو دست بالاتری را می برد زیرا این قدرت را دارد که احتمال انتقال یک ژن را در اثر وراثت از ۵۰٪ به ۱۰۰٪ تبدیل کند.

ژن درایو چیست – ویرایش و اصلاح ژنتیکی

برای ساده کردن موضوع از یک مثال استفاده می کنیم : ” وقتی حیوانی که حامل ژن درایو است با یک حیوان دیگر از نوع خود جفت گیری می کند؛ فرزندان آنها یک نسخه از DNA را از هر یک از والدین دریافت می کنند که شامل یک نسخه طبیعی و یک نسخه از ژن درایو است. در این زمان، هنگام برخورد اسپرم با تخمک، کروموزوم های والدین مختلف برای اولین بار صف می شوند و در کنار هم قرار می گیرند؛ آنگاه CRISPR در DNA ژن درایو فعال می شود و کپی ژن طبیعی را در کروموزوم مخالف به رسمیت می شناسد و آنزیم Cas9 برش DNA را جهت برش نسخه طبیعی قبل از شروع رشد جنین هدایت می کند.

ژن درایو چیست – ویرایش و اصلاح ژنتیکی

پس از تغییر یافتن ژن طبیعی، ساز و کار تعمیر ویژه سلول آغاز می شود. این ساز و کار تعمیر DNA گمشده را بازیابی می کند اما در این مسیر از کروموزوم ناشکسته و تغییر نیافته  که همانی است که حامل ژن درایو است استفاده می کند. بنابراین پس از پایان کار، هر دو کروموزوم یک نسخه از ژن درایو را در اختیار دارند. از آن زمان به بعد، دو نسخه از ژن درایو در هر سلول خواهد بود و حیوان ژن درایو را به نسل بعدی منتقل می کند. ” و بنابراین این روند ادامه دارد. هر بار که ژن  درایو منتقل شود، CRISPR نسخه طبیعی ژن را کاهش می دهد؛ ساز و کار تعمیر سلول مداخله می کنند و یک نسخه از ژن درایو به دو مورد می رسد. و بنابرین تنها در چند نسل، ژن جدید در همه جا فراگیر می شود و گاه جای ژن قبلی را نیز می گیرد.

ژن درایو چیست – ویرایش و اصلاح ژنتیکی

ژن درایو در پشه ها

در سال ۲۰۱۸ آندره کریسنتی و همکارانش مطلبی را در نشریه Nature Biotechnology منتشر کردند که در آن توضیح داده شده است که چگونه فناوری محرک ژن و ژن درایو می تواند باعث فروپاشی جمعیت پشه مالاریا شود که گونه ای پشه هایی است که باعث بیماری مالاریا می شود. آزمایش ژن درایوی که روی گروهی از این گونه انجام شد سبب شد که باروری پشه های ماده مالاریا را مختل می کرد و لذا ژن باروری به نحوی در آن ها آسیب دید که ۱۰۰٪  از پشه های ماده در حدود هفت نسل قادر به تولید مثل نبودند و به این ترتیب جمعیت این گونه از حشرات، دچار تغییر و افت چشم گیر در جمعیت شد. براساس اعلام سازمان جهانی بهداشت، برخی محققان معتقدند فناوری ژن درایو ممکن است رویکردی باشد که نهایتا مالاریا را از بین ببرد – این بیماری مسئول ایجاد ۲۸۰ میلیون بیماری و ۴۰۵۰۰۰ مرگ در سطح جهان در سال ۲۰۱۸ بوده است. –

ژن درایو چیست – ویرایش و اصلاح ژنتیکی

فناوری ژن درایور و ویرایش ژنتیکی ژن ها، یک روش منحصر به فرد مقرون به صرفه و پایدار برای ریشه کن کردن پشه های مالاریا بود. گرچه روش های دیگری مانند حشره کش و مدیریت محیط زیست نیز برای کنترل این حشرات وجود دارد که موثر نیز هستند اما هزینه بسیار بالایی ایجاد می کنند که بسیار فراتر از توانایی های اقتصادی بسیاری از کشورها است.

آیا از بین بردن یک گونه از جانوران خطرناک نیست!

پاک کردن یک گونه کامل از چرخه حیات موضوع واقعاً بزرگ و پیچیده ایی است و پا گذاشتن در جایگاه خالق و تصمیم گیری دور از حکمت در خصوص از بین بردن یک گونه یا اجازه ادامه حیات دادن به آن برای انسان که خود یک مهره از زنجیره شگفت انگیز خلقت است و نه سازنده آن؛ ممکن است پیامد های جبران ناپذیری داشته باشد که زندگی انسان را تحت تأثیر قرار دهد. بنابرین هر گونه تصمیم برای تغییر و ویرایش ژنتیکی یک موجود زنده نیازمند تفکر و بررسی همه جانبه است.

آیا ژن درایو ها خطرناک اند؟

با این تفاسیر شاید به نظر رسد که کار روی ژن درایو ها خطرناک و نامعقول است و هر گونه خطا در آن ها نتایج اسف باری به همراه می آورد اما فراموش نکنید که کار روی ژن درایو ها هنوز موضوعی جدید و نوپا است و دانشمندان در تلاشند تا پیش بینی كنند كه حذف گونه های مزاحم برای بقیه اكوسیستم چه معنایی دارد تا بتوانند احتمال هر گونه ریسکی را از قبل پیش بینی نمایند.

ژن درایو چیست – ویرایش و اصلاح ژنتیکی

اگر بی طرفانه نگاه کنیم، ریشه کن کردن پشه های ناقل مالاریا با بهره گیری از ژن های درایو یک برنامه با دامنه حداقلی از گستره کار روی ژن درایوها است.
فرد گولد Fred Gould زیست شناس برجسته کارولینای شمالی معتقد است که “تاکنون آزمایش های زیست محیطی نشان می دهد که با حذف یک گونه از پشه ها اکوسیستم دچار فروپاشی نخواهد شد. ”

اثرات زیست محیطی سایر پروژه های ژن درایو برای تشخیص بیشتر چالش برانگیز بوده است. به عنوان مثال، متخصصان حفاظت و ژنتیک در حال کار بر روی یک ژن درایو هستند که قادر است جوندگان تهاجمی که نقش آفت دارند را از بین ببرد. اما بر خلاف ریشه کن کردن پشه های ناقل مالاریا، ریشه کن کردن جوندگانی که در مزارع نقش آفت را داشتند با خطرات زیست محیطی بالقوه بسیار بزرگ تر و آسیب های گسترده و جبران ناپذیری همراه است و ممکن است چرخه اکوسیستم را مختل نماید.
در بررسی ای که روی یکی از جزیزه های نزدیک به آمریکای شمالی روی این نوع جوندگان صورت گرفت مشخص شد که با انجام عملیات ژن درایو بر روی این موجودات امکان این که نمونه های آزمایش شده از این جزیره فرار کرده و ژن درایو را به زیستگاه طبیعی جوندگان همانند آمریکای شمالی برگردانند؛ آنگاه این درایو می تواند موش ها و موش های نوع صحرایی را که بخش مهمی از اکوسیستم هستند از بین ببرد. و نتیجه این عمل جبران ناپذیر خواهد بود. فقدان جوندگان می تواند به فروپاشی کل اکوسیستم منجر شود.

ژن درایو چیست – ویرایش و اصلاح ژنتیکی

به همین دلیل، گولد و همكارانش سعی کردند که با دقت و ظرافت بیشتری کار کنند و فقط موش هایی را كه در جزیزه زندگی می کردند را مورد هدف قرار دهند. جمعیت های متمایز از نظر جغرافیایی اغلب نوع مشابهی از ژن یا allele را برای جمعیت محلی خود دارند. اگر دانشمندان بتوانند allele اختصاصی برای جمعیت مورد نظر برای از بین بردن را شناسایی کنند، می توانند یک ژن محرک خاص برای آن جمعیت ایجاد کنند. این درایو فقط در افراد حامل آن allele خاص گسترش می یابد و بدون آن allele خاص در افراد کار نمی کند. محققان این روش را در مطالعه‌ای در سال ۲۰۱۹ که در ژورنال Science Reports منتشر شده است، شرح دادند.

علاوه بر این، چندین دانشمند در حال مطالعه برنامه های احتمالی ترمیم، یا راهکارهای حذف محرک ژن از محیط در صورت نتایج ناخواسته هستند. به عنوان مثال، Crisanti و همکارانش در سال ۲۰۱۷ در ژورنال Plos Genetics مطالبی را منتشر کردند که شرح می دهد جهش های ژنتیکی مقاوم به ژن درایو چگونه می توانند ژن درایو را تنها در چند نسل پایدار و از بین ببرند. برای ادامه ژن درایو باید از جهش مقاوم در برابر ژن جلوگیری شود؛ یا این که این موضوع می تواند راهی برای از بین بردن یک درایو ژن ناخواسته باشد.

اگرچه مفهوم استفاده از ژن درایو برای محافظت از سلامتی انسان و بازگرداندن تعادل زیست محیطی نویدبخش است اما علاوه بر آن تحقیقات در مورد پیامدهای و اثربخشی این ابزار همچنان ادامه دارد و یقیناً در آینده تأثیر این فناوری و میزان مفید یا مضر بودن آن بیشتر مشخص می شود.