وقد طوره باحثون من جامعة بار إيلان والتخنيون والمركز متعدد التخصصات أداة برمجية مبتكرة لقياس الأخطاء التي تحدث أثناء تحرير كريسبر * سيساعد بشكل كبير في علاج مرضى السرطان والأمراض التي تتطلب العلاج الجيني
تسمح تقنية كريسبر للباحثين بتحرير الجينوم من خلال التغييرات في تسلسل الحمض النووي التي تؤدي إلى تغيير وظيفة الجين. وللتقنية تطبيقات عديدة، منها تصحيح العيوب الوراثية، وعلاج الأمراض ومنع انتشارها، وتحسين المحاصيل الزراعية.
يمكن تصميم أدوات تحرير الجينوم، مثل تقنية CRISPR-Cas9، لإجراء تغييرات دقيقة على الكروموسوم المستهدف حيث يوجد جين معين أو عنصر وظيفي. ومع ذلك، فإن التحرير باستخدام كريسبر عرضة لمضاعفات محتملة قد تؤدي إلى تغيير جينومي آخر وغير مخطط له. تسمى هذه التغييرات بالنشاط غير المستهدف. عندما يتم تحرير عدة مواقع مختلفة في الجينوم، يمكن أن يؤدي النشاط خارج الهدف إلى تغييرات في الموقع (الانتقالات)، أو ترتيب غير عادي للكروموسومات أو تغييرات جينية أخرى غير مخطط لها.
لذلك، يعد التحكم في نشاط التحرير خارج الهدف أحد التحديات الرئيسية في تحسين دقة تقنية CRISPR-Cas9 لتطبيقها في الممارسة الطبية. لا توفر طرق القياس الحالية، مثل أخذ العينات وتحليل البيانات لقياس النشاط خارج الهدف، تقديرًا إحصائيًا، وبالتالي فهي ليست حساسة بما يكفي لعزل الإشارات عن الضوضاء في التجارب ذات معدلات التحرير المنخفضة. بالإضافة إلى ذلك، فإن استخدامها مرهق ويتطلب جهودًا كبيرة في تحديد موقع عمليات النقل التي حدثت.
كشف الانحرافات عن الهدف
أفاد فريق من الباحثين متعددي التخصصات من مركز هرتسليا متعدد التخصصات وجامعة بار إيلان في المجلة العلمية الاتصالات الطبيعة لتطوير أداة برمجية جديدة تحدد موقع نشاط التحرير الذي انحرف عن الهدف وفحصه وتحديد كميته، بما في ذلك أحداث النقل السلبية التي حدثت نتيجة لذلك والتي قد تسبب السرطان. يعتمد البرنامج على مدخلات من اختبار قياسي ويقوم بإجراء تضخيم PCR متعدد الإرسال وتسلسل الجيل التالي (NGS).
تقوم الأداة البرمجية، المعروفة باسم CRISSPECTOR، بتحليل بيانات NGS الناتجة عن تجارب CRISPR Cas9 وتطبق النمذجة الإحصائية لتحديد وقياس نشاط التحرير. يقوم CRISSPECTOR بقياس النشاط خارج الهدف بدقة في كل موقع تمت دراسته. بالإضافة إلى ذلك، فهو يعمل على تحسين معدل السلبيات الكاذبة على المواقع التي يكون فيها النشاط خارج الهدف ضعيفًا ولكنه مهم. إحدى الميزات المبتكرة لـ CRISSPECTOR هي قدرته على اكتشاف أحداث النقل السلبية التي تحدث أثناء تجربة التحرير.
"يتطلب التحرير الجيني، خاصة في التطبيقات السريرية، اكتشاف مستويات منخفضة من النشاط غير المستهدف وأحداث النقل السلبية. حتى أن عددًا صغيرًا من الخلايا ذات الإمكانات السرطانية المزروعة في المريض في سياق العلاج الجيني قد يؤدي إلى عواقب سلبية من حيث تطور الأمراض السرطانية. ولهذا السبب من المهم اكتشاف هذه الأحداث المحتملة مسبقًا كجزء من بروتوكولات العلاج." قال الدكتور إيال هاندل من كلية مينا وإبرارد جودمان لعلوم الحياة في جامعة بار إيلان. قاد الدكتور هاندل البحث مع البروفيسور زوهار ياشيني من مدرسة أرزي لعلوم الكمبيوتر في مركز هرتسليا متعدد التخصصات. "يوفر CRISSPECTOR طريقة فعالة لتوصيف وقياس الأخطاء المحتملة الناجمة عن CRISPR، وبالتالي تحسين سلامة الاستخدام السريري لتحرير الجينوم بشكل كبير." استخدم فريق هاندل تقنية CRISPR-Cas9 لتحرير الجينات في الخلايا الجذعية ذات الصلة باضطرابات الدم والجهاز المناعي. وأوضح تحليل البيانات لأعضاء الفريق أوجه القصور في الأدوات الحالية لقياس النشاط غير المستهدف والفجوات التي يجب سدها لتحسين قابلية تطبيق التكنولوجيا. أدت هذه التجربة إلى التعاون مع مجموعة البروفيسور ياشيني في علم الأحياء الحاسوبي والمعلوماتية الحيوية.
تقليل الضوضاء الخلفية
وأضاف البروفيسور زوهار ياشيني من مركز هرتسليا متعدد التخصصات والتخنيون: "في التجارب التي تستخدم تقنيات التبليط العميق مع مستويات كبيرة من الضوضاء الخلفية، قد يتم فقدان مستويات منخفضة من النشاط خارج الهدف في الضوضاء. إن الحاجة إلى نهج قياس وتحليل بيانات قادر على رؤية ما هو أبعد من الضوضاء وتحديد أحداث الإزاحة السلبية التي تحدث في تجربة التحرير واضحة للعلماء والأشخاص الذين يقومون بتحرير الجينوم. CRISSPECTOR هي أداة قادرة على البحث في ضجيج الخلفية لتحديد وقياس الإشارات الحقيقية التي تشير إلى نشاط خارج الهدف. بالإضافة إلى ذلك، وبفضل استخدام النمذجة الإحصائية والتحليل الدقيق للبيانات، يستطيع CRISSPECTOR أيضًا اكتشاف نطاق أوسع من الانحرافات الجينية. إن توصيف وقياس الأخطاء المحتملة الناجمة عن كريسبر سيمكن أساليبنا من ضمان الاستخدام السريري الأكثر أمانًا للنهج العلاجية لتحرير الجينوم.
# # #
يعتزم مختبر هاندل ومجموعة أبحاث ياتشيني تطبيق الأداة للبحث عن علاجات محتملة للاضطرابات الوراثية في الجهاز المناعي وأساليب العلاج المناعي للسرطان. البحث عبارة عن تعاون بين مختبر هاندل في جامعة بار إيلان ومجموعة أبحاث ياخيني (مركز هرتسليا متعدد التخصصات والتخنيون). أدار المشروع إيدو عميت (المركز متعدد التخصصات) وأورتال يانكو (بار إيلان)؛ وشارك في الدراسة أيضًا دانييل ألين، ودور براير، ونمرود بن حاييم (بار إيلان)؛ ألونا ليفي-جورجنسون (التخنيون؛ ليون إينابي (التخنيون وIDC)؛ جافين كورغان، ماثيو س. ماكنيل، غاريت ر. ريتيغ ويو وونغ (Integrated DNA Technologies، (IDT INC، الولايات المتحدة الأمريكية). تشيهونغ سي في (متعدد التخصصات) ومارك بيلكي (IDT، الولايات المتحدة الأمريكية).
تم إجراء البحث بمساعدة منحة من مجلس الأبحاث الأوروبي (ERC) كجزء من برنامج Horizon 2020 للبحث والابتكار وبرنامج آدامز التابع للأكاديمية الإسرائيلية للعلوم والإنسانيات.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
