پژوهشگران مؤسسه «هلمهولتس برای پژوهش‌های عفونت RNA–محور» (HIRI) در آلمان به همراه همکارانی از آمریکا و سوئیس، شیوه‌ای نوین برای ویرایش دقیق مادۀ ژنتیکی معرفی کرده‌اند.

این روش که در مجله Nature Biotechnology منتشر شده، امکان افزودن برچسب‌های شیمیایی مستقیم بر روی DNA را فراهم می‌کند و به گفتۀ دانشمندان، درهای تازه‌ای را به روی پزشکی، کشاورزی و زیست‌فناوری باز خواهد کرد.

از قیچی‌های ژنی تا «یادداشت چسبان» روی DNA

طی سال‌های اخیر، ابزارهای ویرایش ژن سرعتی خیره‌کننده گرفته‌اند. فناوری‌هایی مانند «کریسپر-کاس۹» که به‌عنوان قیچی‌های ژنی شناخته می‌شوند، یا «بیس ادیتینگ» که تغییرات تک‌حرفی در DNA ایجاد می‌کند، حالا بخشی از جعبه‌ابزار استاندارد پژوهش‌های ژنتیکی و توسعۀ درمان‌ها شده‌اند. این روش‌ها در درمان بیماری‌های ژنتیکی، مقاوم‌سازی محصولات کشاورزی و مهندسی میکروب‌ها برای اهداف صنعتی کاربرد دارند.

اکنون تیم HIRI با الهام از یک سیستم دفاعی طبیعی باکتری‌ها در برابر ویروس‌ها، روشی متفاوت به نام «ویرایش الحاقی» (append editing) پیشنهاد کرده است. در این روش، به جای بریدن یا جایگزینی مستقیم حروف ژنتیکی، یک گروه شیمیایی کوچک—مولکول‌های ADP-ریبوز—به بخش مشخصی از DNA افزوده می‌شود. این برچسب شیمیایی مانند برگۀ یادداشت چسبانی عمل می‌کند که سلول را متقاعد می‌سازد دقیقاً در همان نقطه، تغییر ژنتیکی انجام دهد.

دفاع باکتریایی به‌عنوان الهام‌بخش

در طبیعت، باکتری‌ها برای مقابله با ویروس‌های «باکتریوفاژ» از دو آنزیم کلیدی استفاده می‌کنند: DarT2 و DarG. آنزیم DarT2 هنگام هجوم ویروس، برچسبی شیمیایی به DNA ویروسی می‌چسباند و جلوی تکثیر آن را می‌گیرد. پس از پایان تهدید، آنزیم DarG وارد عمل شده و این برچسب را برمی‌دارد. همین چرخۀ دقیق اکنون الگویی برای ساخت روشی تازه در ویرایش ژن شده است.

تفاوت نتایج در باکتری و سلول‌های انسانی

یکی از یافته‌های شگفت‌آور پژوهش این بود که نتایج «ویرایش الحاقی» در موجودات مختلف یکسان نیست. در باکتری‌ها، این برچسب‌گذاری به سلول اجازه داد تغییرات بزرگی بر اساس الگوهای از پیش‌تعریف‌شده در DNA ایجاد کند. اما در سلول‌های یوکاریوتی (مانند قارچ‌ها، گیاهان و سلول‌های انسانی)، نتیجه بیشتر تغییر هویت همان بازِ شیمیایی هدف بود.

به گفتۀ «چیس بایزل»، سرپرست گروه پژوهشی: «این نخستین بار است که می‌بینیم یک ابزار ویرایشی بسته به نوع موجود زنده، نتایج متفاوتی ایجاد می‌کند. در باکتری‌ها اصلاحات وسیع رخ می‌دهد، اما در سلول‌های انسانی تغییرات ظریف‌تر و تک‌پایه‌ای مشاهده شد.»

کاربردهای بالقوه

این تفاوت نتایج اگرچه پیچیدگی پژوهش را افزایش می‌دهد، اما فرصت‌های متعددی هم فراهم می‌کند. در میکروب‌ها، می‌توان از این روش برای دستکاری دقیق باکتری‌های مفید روده یا بررسی بهتر پاتوژن‌ها استفاده کرد. در سلول‌های انسانی، ویرایش الحاقی شاید روزی به اصلاح ملایم‌تر بیماری‌های ارثی یا مطالعۀ عمیق‌تر مکانیسم‌های ترمیم DNA کمک کند.

«دارشانا گوپتا»، نویسندۀ اصلی مقاله، می‌گوید: «این روش جعبه‌ابزار پژوهش‌های ژنومی را به‌طور چشمگیری گسترش می‌دهد و امکان توسعۀ درمان‌های پزشکی دقیق و فناوری‌های زیستی نو را فراهم می‌سازد.»

از طبیعت تا آزمایشگاه

نمونه‌های زیادی وجود دارد که نشان می‌دهد چگونه علم با الهام از طبیعت مسیرهای تازه‌ای پیدا می‌کند. همان‌طور که کریسپر از سیستم ایمنی باکتری‌ها گرفته شد، اکنون DarT2 و DarG نیز الهام‌بخش یک ابزار تازه برای آیندۀ زیست‌فناوری شده‌اند. این بار نه با بریدن و جایگزینی، بلکه با افزودن «یادداشت‌های شیمیایی» بر DNA.

مسیر آینده

پژوهشگران اذعان دارند که راه زیادی تا کاربرد بالینی این روش باقی است. هنوز باید ایمنی، دقت و پایداری آن در سیستم‌های زنده بررسی شود. با این حال، «هریس بسِت» یکی از پژوهشگران پروژه می‌گوید: «DarT2 نمونۀ دیگری است از اینکه چگونه ابزارهای دفاعی سادۀ باکتری‌ها می‌تواند به الهام‌بخش پژوهش‌های پیچیدۀ ژنومی بدل شود.»

انتشار این پژوهش در Nature Biotechnology نشان می‌دهد جامعۀ علمی آن را گامی مهم در مسیر توسعۀ ابزارهای ویرایش ژن می‌داند. اگرچه این فناوری هنوز در آغاز راه است، اما به احتمال زیاد نام «ویرایش الحاقی» در سال‌های آینده بیشتر به گوش خواهد رسید—چه در درمان‌های پزشکی و چه در کشاورزی و مهندسی میکروبی.