ביולוגים מאוניברסיטת קליפורניה בסן דייגו פיתחו את הגישה הראשונה בעולם המבוססת על CRISPR/Cas9 לבקרת תורשה גנטית ביונק.
מדענים ברחבי העולם השתמשו ב-CRISPR/Cas9 במגוון מיני צמחים ובעלי חיים כדי לערוך מידע גנטי. גישה אחת לעריכת הגנום יכולה לשלוט איזה משני העותקים של הגן יועבר לדור הבא.בעוד שגישות "גנטיקה פעילה" כאלה פותחו בשנים האחרונות בחרקים, יצירת כלים כאלה ביונקים היא מאתגרת יותר, ובדיקתם אורכת הרבה יותר זמן בגלל הזמן הארוך יותר בין הדורות.
פרסום עבודתם ב-23 בינואר בכתב העת Nature, צוות משותף של חוקרי UC San Diego פיתח טכנולוגיה גנטית פעילה חדשה בעכברים. ההישג של הסטודנטית לתואר שני באוניברסיטת קליפורניה, האנה גרונוולד, עוזר החוקר ולנטינו גנץ ועמיתיו בראשות עוזרת פרופסור קימברלי קופר, מניח את הבסיס להתקדמות נוספת המבוססת על טכנולוגיה זו, כולל מחקר ביו-רפואי על מחלות אנושיות.
"המוטיבציה שלנו הייתה לפתח את זה ככלי עבור חוקרי מעבדה לשלוט בירושה של גנים מרובים בעכברים", אמר קופר. "עם פיתוח נוסף אנו חושבים שניתן יהיה ליצור מודלים של בעלי חיים של מחלות גנטיות אנושיות מורכבות, כמו דלקת פרקים וסרטן, שאינם אפשריים כרגע."
כדי להדגים היתכנות בעכברים, הנדסו החוקרים אלמנט DNA גנטי "CopyCat" פעיל לתוך הגן Tyrosinase השולט על צבע הפרווה. כאשר האלמנט CopyCat משבש את שני העותקים של הגן בעכבר, פרווה שהייתה יכולה להיות שחורה היא לבנה במקום זאת, קריאה ברורה של הצלחת הגישה שלהם. אלמנט ה-CopyCat תוכנן גם כך שאינו יכול להתפשט באוכלוסיה בעצמו, בניגוד למערכות "כונן גנים" של CRISPR/Cas9 בחרקים שנבנו על מנגנון מולקולרי דומה.
במהלך תקופת הפרויקט של שנתיים, החוקרים השתמשו במגוון אסטרטגיות כדי לקבוע שניתן להעתיק את האלמנט CopyCat מכרומוזום אחד למשנהו כדי לתקן שבר ב-DNA שמטרתו CRISPR/Cas9. כתוצאה מכך, האלמנט שהיה קיים בתחילה רק באחד משני הכרומוזומים הועתק לכרומוזום השני. באחת המשפחות, לא פחות מ-86 אחוז מהצאצאים ירשו את אלמנט ה-CopyCat מההורה הנשי במקום 50 האחוזים הרגילים.
הגישה החדשה עבדה בעכברים נקבות במהלך ייצור הביציות, אך לא במהלך ייצור הזרע בזכרים. ייתכן שהדבר נובע מהבדל בתזמון של מיוזה זכרית ונקבה, תהליך שבדרך כלל מצמד כרומוזומים כדי לערבב את הגנום ועשוי לסייע לאירוע ההעתקה המהונדס הזה.
לפי פרופסור אוניברסיטת סן דייגו, איתן בייר, מחבר מחקר, התוצאות, "פותחות את הדרך ליישומים שונים בביולוגיה סינתטית כולל הרכבה מודולרית של מערכות גנטיות מורכבות לחקר תהליכים ביולוגיים מגוונים."
קופר וחברי המעבדה שלה מקפיצים כעת את ההצלחה הגנטית הפעילה הראשונה של יונקים - המבוססת על גן יחיד - ומנסים להרחיב את הכלי לגנים ותכונות מרובות.
"הראינו שאנחנו יכולים להמיר גנוטיפ אחד מהטרוזיגוטי להומוזיגוט. עכשיו אנחנו רוצים לראות אם אנחנו יכולים לשלוט ביעילות על תורשה של שלושה גנים בחיה.אם ניתן ליישם את זה עבור גנים מרובים בו-זמנית, זה יכול לחולל מהפכה בגנטיקה של עכברים", אמר קופר.
בעוד שהטכנולוגיה החדשה פותחה למחקר מעבדתי, חלקם חזו דחפים עתידיים של גנים שיתבססו על גישה זו בטבע למאמצים להחזיר את האיזון של המגוון הביולוגי הטבעי במערכות אקולוגיות המוצפות על ידי מינים פולשים, כולל מכרסמים.
"עם חידודים נוספים, זה אמור להיות אפשרי לפתח טכנולוגיות מונעות גנים כדי לשנות או אולי לצמצם אוכלוסיות יונקים המהוות וקטורים למחלות או גורמות נזק למינים ילידיים", אמר Bier.
עם זאת, נתונים אלה גם מצביעים על כך ששיפורים טכניים הדרושים לשימוש מעשי בטבע מאפשרים זמן לבחינה מדוקדקת של יישומים של טכנולוגיה חדשה זו שניתן וצריך ליישם. החוקרים מציינים, עם זאת, שהתוצאות שלהם מדגימות התקדמות משמעותית שעשויה כבר להפחית את הזמן, העלות ומספר בעלי החיים הדרושים לקידום מחקר ביו-רפואי על מחלות אנושיות ולהבנת סוגים אחרים של תכונות גנטיות מורכבות.
"אנחנו גם מעוניינים להבין את מנגנוני האבולוציה", אמר קופר. "עבור תכונות מסוימות שהתפתחו במשך עשרות מיליוני שנים, מספר השינויים הגנטיים גדול יותר ממה שאנו יכולים להרכיב כיום בעכברים כדי להבין מה גרם לאצבעות עטלף לצמוח לכנף, למשל. אז אנחנו רוצים לעשות הרבה הכלים הגנטיים הפעילים האלה כדי להבין את מקורות המגוון של היונקים."
עמית פוסט-דוקטורט לשעבר באוניברסיטת קליפורניה בסן דייגו, גונאר פופלבסקי (כותב ראשון, כעת באוניברסיטה הלאומית של סינגפור) ושותפו למחקר Xiang-ru Xu תרמו גם הם למחקר.
