مهمترین تکنیک های ویرایش ژن و ژنوم

هدف: این مقاله مروری کلی بر تاریخچه کشف ، مکانیسم عملکرد، مزایا، محدودیت ها و چالش ها، کاربرد ها و چشم اندازهای آینده این فناوری ها ارائه می دهد تا اطلاعاتی مفید و خلاصه شده را در اختیار پژوهشگران قرار دهد. مواد و روش ها: ویرایش هدفمند ژنوم مبتنی بر ایجاد شکست دو رشته ای و به دنبال آن ترمیم رشته مورد نظر از طریق مکانیسم های ترمیمی نوترکیبی همولوگ (HDR) و یا اتصال انتها های غیر همولوگ (NHEJ) است که در بسیاری از موجودات زنده جهت اهداف مختلف مورداستفاده قرار گرفته است. به منظور انجام ویرایش ژنی، اولین نوکلئاز اختصاصی MegaN بود که در سال ۱۹۸۵ کشف شد و پس از آن با کشف موتیف ZF، نوکلئاز ZFN و TALEN و CRISPR و Fanzor توسعه یافتند که برای ویرایش ژنوم موجودات زنده مورد استفاده قرار گرفتند. این نوکلئاز ها با قرار گیری روی رشته DNA و شناسایی توالی هدف و اتصال به آن ها، با استفاده از دمین نوکلئازی برش را ایجاد می کنند. با کشف سیستم CRISPR/Cas دوره جدیدی از تحقیقات در زمینه ویرایش ژن آغاز شد. مکانیسم عمل در این روش، شناسایی توالی هدف توسط این نوکلئاز بر اساس برهم کنش DNA و رشته RNA راهنما است که پس از شناسایی توالی هدف، برش توسط دمین نوکلئازی انجام می شود.نتایج: از مثال های موفقیت آمیز در استفاده از این تکنیک ها می توان به درمان برخی از بیماری ها اشاره کرد: در سال ۲۰۱۸ بیماری سندروم هانتر با وارد کردن ژن IDS به سلول های کبد با استفاده از روش ZFN به صورت درون تنی درمان شد. از روش TALEN برای درمان بیماری دیستروفی عضلانی دوشن استفاده شد. در سال ۲۰۲۱ دانشمندان توانستند با تکنیک ویرایش تک باز، بیماری کم خونی داسی شکل را با بهره گیری از سیستم CRISPR/Cas درمان کنند.بحث: در روش های نوین ویرایش ژن و ژنومی، پروتئین های نوکلئاز ی قادرند به طور هدفمند تغییراتی مانند درج، حذف و یا جایگزینی در توالی نوکلئوتیدی، ویرایش اطلاعات ژنتیکی و اپی ژنوم را انجام دهند. این ابزار ها می توانند از طریق ویرایش ژن های عامل بیماری زا از طریق خاموش کردن آن ها و یا فعال کردن ژن های مهارکننده عامل بیماری در حوزه های کشاورزی، پزشکی و درمان بیماری های ژنتیکی به کار برده شوند. چنین سیستم هایی، در نشانه گذاری و همچنین کاهش یا افزایش بیان ژن ها کاربرد موثری دارند. با توسعه روش های جدید تر و دقیق تر، استفاده از نوکلئاز های MegaN کاهش یافت و بیشتر مطالعات و آزمایش ها بر روی روش های TALEN و CRISPR/Cas متمرکز گردیده است.

کلیدواژه ها:

ویرایش ژن و ژنوم ، CRISPR/Cas ، TALEN ، ZFN