في دراسة جديدة، وصف باحثو جامعة ولاية كارولينا الشمالية مجموعة من الأدوات الجزيئية لإعادة كتابة، وليس فقط تعديل قطع كبيرة من الحمض النووي للكائن الحي، استنادًا إلى أنظمة كريسبر كاس المرتبطة بالأليلات المتطفلة الأنانية التي تسمى الجينات القافزة.
يحقق الباحثون بأنظمة متنوعة من نوع آي إف كريسبر كاس (I-F CRISPR-Cas) وهندستها لإضافة حمولة وراثية (ما يصل إلى 10000 حرف رمز جيني إضافي) إلى حمولة الجينات القافزة لإجراء التغييرات المطلوبة على البكتيريا، وفي هذه الحالة، الإشريكية القولونية.
تعمل النتائج على توسيع صندوق أدوات كريسبر ويمكن أن يكون لها آثار كبيرة في التلاعب بالبكتيريا والكائنات الحية الأخرى في وقت الحاجة إلى تعديل الجينوم المرن في العلاجات والتكنولوجيا الحيوية والزراعة الأكثر استدامة وكفاءة.
تستخدم البكتيريا تقنية كريسبر كاس كنظام مناعي تكيفي لمقاومة هجمات الأعداء مثل الفيروسات. كيّف العلماء هذه الأنظمة لإزالة أو قطع واستبدال تسلسلات الشفرة الجينية المحددة في مجموعة متنوعة من الكائنات الحية. يُظهر الاكتشاف الجديد أنه يمكن نقل أو إضافة كميات أكبر من الشفرة الجينية، مما قد يؤدي إلى زيادة وظائف كريسبر.
يقول رودولف بارانجو، الأستاذ المتميز في تود آر كلاينهامر للأغذية والمعالجة الحيوية وعلوم التغذية في ولاية نورث كارولاينا والمؤلف لورقة تصف البحث: «في الطبيعة، اختارت الجينات القافزة أنظمة كريسبر بأنانية لتحريك نفسها حول جينوم الكائن الحي لمساعدة أنفسهم على البقاء على قيد الحياة. نحن بدورنا نختار ما يحدث في الطبيعة من خلال التكامل مع الجينات القافزة مع نظام كريسبر كاس القابل للبرمجة والذي يمكنه أن يتحرك حول البضائع الجينية التي نصممها لأداء بعض الوظائف».
قال بارانجو: «باستخدام هذه الطريقة، أظهرنا أنه يمكننا هندسة الجينوم عن طريق نقل قطع من الحمض النووي تصل إلى 10000 حرف. الطبيعة تفعل هذا بالفعل، تُظهر بيانات المعلومات الحيوية أمثلة لما يصل إلى 100000 حرف جيني نقلته أنظمة كريسبر القائمة على الجينات القافزة، ولكن يمكننا الآن التحكم فيه وهندسته باستخدام هذا النظام.
«يمكن تشبيه الأليلات المتطفلة بأننا نحضر عبرها الأليل المتطفل لإحضار بعض الأنماط أو البيانات إلى الموقع المطلوب لتوصيل نوع من الحمولة عند وصول السيارة (الأليلات المتطفلة) إلى وجهتها».
أظهرت الدراسة أن الباحثين أثبتوا فعالية هذه الطريقة في المختبر وعلى الجسم الحي في الإشريكية القولونية. اختار الباحثون 10 ينقولات مختلفة مرتبطة بكريسبر لاختبار فعالية الطريقة. نجح النهج مع جميع الجينات القافزة العشرة، على الرغم من اختلاف فعاليتها بناءً على عوامل مثل درجة الحرارة وحجم حمولة البيانات المنقولة.
قال أفيري روبرتس، طالب دراسات عليا في ولاية نورث كارولاينا والمؤلف الأول للدراسة: «كان من المثير أن نجد أن جميع الأنظمة التي اختبرناها كانت تعمل بعد إعادة بنائها في أدوات تحرير الجينوم من أشكالها البيولوجية الأصلية. لقد اكتشفنا ميزات جديدة لهذه الأنظمة، ولكن من المحتمل أن يكون هناك العديد من النتائج والتطبيقات ذات الصلة التي ستأتي عندما يتحرك المجال بوتيرة سريعة».
أظهر البحث أيضًا أنه يمكن استخدام الطريقة مع الجينات القافزة المختلفة في نفس الوقت.
قال بارانجو: «بدلاً من جين واحد فقط، كما هو الحال مع أنظمة كريسبر الأخرى مثل نظام كاس-9 نمط 2 الأكثر شيوعًا، يمكننا إدخال مسار أيضي كامل لدمج مجموعة جديدة كاملة من الوظائف للكائن الحي. في المستقبل، قد يعني ذلك توفير مقاومة أكثر للأمراض أو مقاومة الجفاف للنباتات».
قال جوسوي وو، الرئيس العالمي لأبحاث البذور في شركة سينجينتا للبذور: «نحن متحمسون لهذه النتائج ونرى إمكانية تطبيق هذه الأنظمة المكتشفة حديثًا في نباتات المحاصيل لتسريع تطوير أصناف أكثر مرونة وعالية الإنتاج».
يضيف بارانجو وو أن العمل في هذه الدراسة يقدم مثالًا رائعًا للشراكات بين القطاعين العام والخاص التي تدفع بالاكتشاف العلمي وتدريب القوى العاملة في المستقبل.
نُشرت الورقة في مجلة Nucleic Acids Research. وفرت سينغينتا للبذور التمويل. من بين المؤلفين المشاركين في البحث طالب الدراسات العليا في ولاية نورث كارولاينا أفيري روبرتس وطالب الدكتوراه السابق ماثيو نيتيري من ولاية نورث كارولاينا.
ترجمة: ولاء سليمان
المصدر: sciencedaily
