شرح: جائزة نوبل في الكيمياء لمقص لتعديل الجينات - شهر فبراير 2023

تشارك إيمانويل شاربنتير وجينيفر دودنا في جائزة كريسبر الكيميائية ، والتي تسمح للعلماء 'بقطع لصق' داخل تسلسل جيني. يحتوي هذا على مجموعة متنوعة من الاستخدامات المحتملة ، ولكنه يثير أيضًا مخاوف أخلاقية.

أولاً ، يصنع الباحثون بشكل مصطنع دليل RNA ، والذي يساعد في أخذ المقص الجيني إلى مكان في الجينوم حيث سيتم إجراء القطع. لتحرير الجين ، يصممون قالب DNA صغيرًا بشكل خاص. عندما تقوم الخلية بإصلاح القطع ، ستستخدم قالب الحمض النووي هذا. هذا يغير الكود في الجينوم. (جوهان جارنستاد / الأكاديمية السويدية الملكية للعلوم)

غالبًا ما تمت مقارنة بساطته بآلية 'قص-نسخ-لصق' في أي معالج كلمات (أو ربما آلية 'البحث والاستبدال' الشائعة أيضًا) ، في حين أن استخداماتها يمكن أن تغير البشر وجميع أشكال الحياة الأخرى. يمكن أن يقضي على الأمراض الجينية ، وغيرها ، ويضاعف الإنتاج الزراعي ، ويصحح التشوهات ، وحتى يفتح الاحتمالات الأكثر إثارة للجدل لإنتاج 'أطفال مصممون' ، وتحقيق الكمال التجميلي. في الواقع ، أي شيء مرتبط بوظيفة الجينات يمكن تصحيحه أو 'تحريره'.





إن تقنية CRISPR (وهي اختصار لـ Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats المسماة بشكل غير أنيق) قد أثارت إثارة هائلة منذ أن تم تطويرها في عام 2012 ، لكل من الوعد الذي يحمله في تحسين نوعية الحياة ، ومخاطر سوء استخدامها. بدأ المئات من العلماء والمختبرات منذ ذلك الحين العمل على التكنولوجيا لمجموعة متنوعة من الاستخدامات. في السنوات الثماني الماضية ، جلبت التكنولوجيا سلسلة من الجوائز والأوسمة لمطوريها. وتوجت يوم الأربعاء بجائزة نوبل في الكيمياء للسيدتين اللتين بدأتا كل شيء ، وهما الفرنسية إيمانويل شاربنتييه البالغة من العمر 52 عامًا والأمريكية جينيفر دودنا البالغة من العمر 56 عامًا.

ربما تكون هذه هي المرة الوحيدة في تاريخ جائزة نوبل التي تم فيها إعلان سيدتين الفائزتين الوحيدتين.





التكنولوجيا

إن تحرير أو تعديل التسلسلات الجينية ليس بالأمر الجديد. لقد كان يحدث منذ عدة عقود ، لا سيما في مجال الزراعة ، حيث تم تعديل العديد من المحاصيل وراثيًا لتوفير سمات معينة.



ولكن ما فعلته كريسبر هو جعل تحرير الجينات سهلًا وبسيطًا للغاية ، وفي نفس الوقت فعال للغاية. وقال ديبوجيوتي تشاكرابورتي ، الذي يعمل بهذه التكنولوجيا في معهد CSIR لعلم الجينوم والبيولوجيا التكاملية ومقره نيودلهي ، إن الاحتمالات لا حصر لها تقريبًا.

في جوهرها ، تعمل التقنية بطريقة بسيطة - فهي تحدد المنطقة المحددة في التسلسل الجيني الذي تم تشخيصه على أنها سبب المشكلة ، وتزيلها ، وتستبدلها بتسلسل جديد وصحيح لم يعد يسبب مشكلة.



تكرر هذه التقنية آلية دفاع طبيعية في بعض البكتيريا تستخدم طريقة مماثلة لحماية نفسها من هجمات الفيروسات.

تمت برمجة جزيء الحمض النووي الريبي لتحديد التسلسل الإشكالي المعين على خيط DNA ، ويستخدم بروتين خاص يسمى Cas9 ، والذي غالبًا ما يوصف الآن في الأدبيات الشعبية باسم 'المقص الجيني' ، لكسر وإزالة التسلسل الإشكالي. عندما يتم كسر خيط الحمض النووي ، فإنه يميل بشكل طبيعي إلى إصلاح نفسه. لكن يمكن أن تؤدي آلية الإصلاح التلقائي إلى إعادة نمو التسلسل الإشكالي. يتدخل العلماء أثناء عملية الإصلاح التلقائي هذه عن طريق توفير التسلسل المطلوب من الرموز الجينية ، والذي يحل محل التسلسل الأصلي. إنه يشبه قص جزء من سحاب طويل في مكان ما بينهما واستبدال هذا الجزء بجزء جديد.



أوضح صريحالآنبرقية. انقر هنا للانضمام إلى قناتنا (ieexplained) وابق على اطلاع بآخر المستجدات

نظرًا لأن العملية برمتها قابلة للبرمجة ، فإنها تتمتع بكفاءة ملحوظة ، وقد حققت بالفعل نتائج خارقة تقريبًا. هناك الكثير من الأمراض والاضطرابات ، بما في ذلك بعض أشكال السرطان ، التي تسببها طفرة جينية غير مرغوب فيها. يمكن إصلاح كل هذه مع هذه التكنولوجيا. هناك تطبيقات واسعة في أماكن أخرى أيضًا. يمكن تغيير التسلسل الجيني للكائنات المسببة للأمراض لجعلها غير فعالة. يمكن تعديل جينات النباتات لجعلها تتحمل الآفات ، أو لتحسين قدرتها على تحمل الجفاف أو درجات الحرارة.



من حيث آثاره ، من المحتمل أن يكون هذا هو الاكتشاف الأكثر أهمية في علوم الحياة بعد اكتشاف بنية الحلزون المزدوج لجزيء الحمض النووي في الخمسينيات من القرن الماضي ، كما قال سيدهارث تيواري من المعهد الوطني للتقنية الحيوية للأغذية ومقره موهالي والذي كان باستخدام تقنية كريسبر على جينات نبات الموز.

جائزة نوبل ، جائزة نوبل للكيمياء ، جائزة نوبل 2020 ، الفائزون بجائزة نوبل ، إيمانويل شاربنتير ، جينيفر دودنا ، كريسبر ، الجينات ، إنديان إكسبرس نيوزEmmanuelle Charpentier و Jennifer Doudna ، لاكتشافهما المقص الجيني CRISPR / Cas9 ، والذي يمكن استخدامه لتغيير الحمض النووي للكائنات الحية.

الفائزون



كان Charpentier و Doudna يعملان بشكل مستقل عندما عثروا على أجزاء مختلفة من المعلومات التي اجتمعت فيما بعد لتطوير هذه التكنولوجيا. احتاجت شاربنتير ، عالمة الأحياء التي كانت تعمل في ذلك الوقت في مختبر في السويد ، إلى خبرة عالمة كيمياء حيوية لمعالجة المعلومات الجديدة التي حصلت عليها بشأن التسلسل الجيني لبكتيريا معينة كانت تعمل عليها تسمى Streptococcus pyogenes.

كانت قد سمعت عن عمل دودنا في جامعة كاليفورنيا ، بيركلي ، وقد التقى الاثنان في مؤتمر علمي في بورتوريكو في عام 2011 ، وفقًا لحساب نُشر على موقع جائزة نوبل. اقترح شابينتييه تعاونًا وافق عليه دودنا. ثم تعاونت مجموعاتهم البحثية عبر مسافات طويلة خلال العام التالي. في غضون عام ، تمكنوا من الخروج بتقنية ثورية لتحرير الجينات.

كما قدم العديد من العلماء ومجموعات البحث مساهمات حيوية في تطوير هذه التكنولوجيا. شخص مثل Virginijus Siksnys ، عالم كيمياء حيوية يعمل في جامعة فيلنيوس في ليتوانيا ، معروف على نطاق واسع كمخترع مشارك لهذه التكنولوجيا. في الواقع ، شارك Siksnys في جائزة Kavli 2018 في علم النانو مع Doudna و Chapentier لهذه التكنولوجيا. لكن المساهمة الأساسية للمرأتين لا جدال فيها. تم الاعتراف بإنجازاتهم من خلال العديد من الجوائز المرموقة في السنوات القليلة الماضية ، بما في ذلك جائزة الاختراق في علوم الحياة في عام 2015 وجائزة وولف في الطب في وقت سابق من هذا العام.

كانت هناك بعض اللغط في المجتمع العلمي حول أن جائزة نوبل في الكيمياء ذهبت لعلماء الأحياء. لكن من الواضح أن هذه ليست ظاهرة جديدة. لقد كفل الدور المركزي للكيمياء في علوم الحياة - على المستوى الجزيئي ، علم الأحياء هو الكيمياء أساسًا - أن عددًا متزايدًا من جوائز نوبل قد تم منحها مؤخرًا للعمل في مجال الكيمياء الحيوية. في الواقع ، أشارت ورقة بحثية نُشرت في وقت سابق من هذا العام إلى هذا التحول التدريجي في طبيعة جائزة الكيمياء. وفقًا لمجلة عالم الكيمياء ، وهي مجلة إخبارية نشرتها الجمعية الملكية للكيمياء ، من بين 189 عالماً حصلوا على جائزة نوبل في الكيمياء حتى الآن ، عمل 59 منهم في مجال الكيمياء الحيوية. كان هذا أكثر من أي فرع آخر من فروع الكيمياء.

اقرأ أيضا | جوائز نوبل ل الفيزياء و الدواء

مخاوف أخلاقية

في نوفمبر 2018 ، أثار باحث صيني في Shenzen ضجة دولية بزعمه أنه غيّر جينات جنين بشري أدى في النهاية إلى ولادة طفلتين توأمتين. كانت هذه أول حالة موثقة لـ 'أطفال مصممون' يتم إنتاجهم باستخدام أدوات تعديل الجينات الجديدة مثل كريسبر ، وأثارت بالضبط نوع المخاوف الأخلاقية التي تحدث عنها علماء مثل دودنا.

في حالة التوائم الصينيين ، تم تعديل الجينات للتأكد من عدم إصابتهم بفيروس نقص المناعة البشرية المسبب لمرض الإيدز. هذه السمة الخاصة ستورثها الأجيال اللاحقة أيضًا. لم تكن المخاوف حول سبب استخدام التكنولوجيا بقدر ما كانت تتعلق بأخلاقيات إنجاب أطفال بصفات وراثية معينة. وأشار العلماء إلى أن المشكلة في هذه الحالة ، احتمالية الإصابة بفيروس نقص المناعة البشرية ، لديها بالفعل حلول وعلاجات بديلة أخرى. وما زاد الطين بلة هو أن التعديل الجيني ربما تم بدون أي إذن أو رقابة تنظيمية. أشار آخرون أيضًا إلى أنه على الرغم من أن تقنية كريسبر كانت دقيقة بشكل لا يصدق ، إلا أنها لم تكن دقيقة بنسبة 100٪ ، ومن الممكن أيضًا أن تتغير بعض الجينات الأخرى عن طريق الخطأ.

دودنا بنفسها كانت تقوم بحملة من أجل تطوير القواعد والمبادئ التوجيهية الدولية لاستخدام تقنية كريسبر ، ودعت إلى الإيقاف المؤقت لهذا النوع من التطبيقات حتى ذلك الوقت.

شارك الموضوع مع أصدقائك: