طور علماء معهد وايزمان طريقة تتيح إجراء عشرات الآلاف من التغييرات المستهدفة في الحمض النووي للخلايا الحية وقياس تأثيرها

حتى الآن، كان إجراء تغيير مخطط له في تسلسل الحمض النووي عملية بطيئة ومضنية: حيث يمكن تغيير جزء واحد فقط من الحمض النووي في المرة الواحدة، الأمر الذي يستغرق عدة أسابيع

لقد تطورت قدرتنا على قراءة الحمض النووي بسرعة كبيرة في العقود الأخيرة، ولكن قدرتنا على فهم الشفرة الوراثية وتغييرها، أي إعادة كتابة التعليمات المشفرة في الحمض النووي، قد تخلفت عن الركب. تقدم دراسة جديدة أجراها معهد وايزمان للعلوم طريقة لإحراز تقدم في فك الشفرة الوراثية عن طريق إدخال العديد من شرائح الحمض النووي المصممة بعناية في الخلايا الحية وقياس تأثيرها بكفاءة. نُشر البحث في عدد يونيو من المجلات العلمية Nature Biotechnology و Nature Genetics.

حتى الآن، كان إجراء تغيير مخطط له في تسلسل الحمض النووي عملية بطيئة ومضنية: كان من الممكن تغيير جزء واحد فقط من الحمض النووي في المرة الواحدة، الأمر الذي يستغرق عدة أسابيع. مطلوب وقت إضافي لاختبار نتائج كل تغيير. في الدراسة الجديدة، طور علماء معهد وايزمان للعلوم تقنية تتيح إمكانية إدخال عشرات الآلاف من قطع الحمض النووي المصممة بشكل منهجي في وقت واحد في عشرات الآلاف من الخلايا الحية، وقياس في تجربة واحدة بدقة كبيرة عواقب كل من التغييرات المدخلة.

"ستعمل الطريقة السريعة على تعزيز قدرتنا بشكل كبير على فهم "لغة" الحمض النووي. لقد أصبحت قراءة الجينوم البشري بأكمله مهمة سريعة إلى حد ما، ولكن ما هو المكتوب بالضبط في هذا الجينوم؟ يقول رئيس فريق البحث، البروفيسور إيران سيغال من قسم علوم الكمبيوتر والرياضيات التطبيقية وقسم العلوم الجزيئية: "يبدو الجينوم كسلسلة طويلة من الحروف التي يكون معناها غير واضح في معظمها". بيولوجيا الخلية في معهد وايزمان للعلوم. "إن قراءة الحمض النووي وحده تشبه محاولة تعلم لغة أجنبية بمجرد الاستماع إلى الأشخاص الذين يتحدثونها. ستساعدنا طريقتنا في التعرف على الكلمات في لغة الحمض النووي وفهم معناها."

إن "فهم القراءة" للحمض النووي يمكن، من بين أمور أخرى، أن يفسر معنى الاختلافات الجينية الصغيرة بين الأشخاص المختلفين. بهذه الطريقة سيكون من الممكن فهم الاختلاف المسؤول عن حدوث أمراض مختلفة لدى بعض الأشخاص. قد تؤدي هذه الطريقة أيضًا إلى تطوير تقنيات العلاج الجيني، بناءً على إدخال جينات جديدة أو تسلسلات تحكم مطورة، بهدف تصحيح العيوب الوراثية.

وفي الدراسة الحالية، فحص العلماء جانبا أساسيا من لغة الحمض النووي: كيف يتم ترميز التحكم في التعبير الجيني في الحمض النووي، أي كيف تتم كتابة التعليمات التي تحدد شدة نشاط كل جين في الشفرة الوراثية. وبما أن مستوى نشاط الجين هو عامل مركزي في وظيفة الخلية، فقد تمت دراسة هذا السؤال منذ عقود، ويعتبر أحد الأسئلة المركزية في البيولوجيا الجزيئية. وسمحت هذه الطريقة للعلماء بعزل واختبار تأثير العوامل المختلفة على مستوى نشاط الجين. وبهذه الطريقة، تمكنوا من تعلم كيف تحدد العوامل المختلفة "لغة التحكم"، وحتى إظهار كيف يؤثر الاختيار المستنير للتغيرات في التسلسل على هذه العوامل بطريقة تجعل من الممكن تحقيق مستويات نشاط مختلفة للجينات.

تتكون الطريقة الجديدة من أربع خطوات تعتمد على مزيج مبتكر من التقنيات الموجودة. الخطوات هي: إنشاء 50,000 تسلسل جيني مختلف في رقائق الحمض النووي، وإدخال التسلسلات على نطاق واسع في 50,000 خلية مختلفة في نفس الوقت، وفرزها باستخدام جهاز فرز الخلايا القادر على قراءة مستوى الجين "المبلغ عنه"، وتفسير التسلسل الجيني. باستخدام التسلسل المتوازي بكميات كبيرة.

طلاب البحث إيلون شارون، طالي ريفا صدقة وميكال لافو، مساعدة البحث د. يائيل كلاما ومشاركة البحث د. أدينا فاينبرجر من معهد وايزمان للعلوم، بالإضافة إلى د. زوهار ياشيني من التخنيون و"مختبرات أجيلنت" في كاليفورنيا شارك في الدراسة.