کشف آنتروپیک در بهترین حالت تنها ابزار ویرایش ژن دیگری خواهد بود

تصویر یک هنرمند از فناوری ویرایش ژن CRISPR-Cas9

پیشگامان ابزار ویرایش ژن CRISPR برنده جایزه نوبل در سال 2020 شدند و دلیل خوبی هم داشت. این پیشرفت، زیست شناسی را متحول کرد و همچنین پزشکی و کشاورزی را متحول کرد. در حال حاضر، شرکت هوش مصنوعی Anthropic اعلام کرده است که یک سیستم آنزیمی با خواص "یادآور CRISPR" کشف کرده است. در واقع، هر چند، این دو کشف از راه دور قابل مقایسه نیستند.

در 23 سپتامبر، آنتروپیک گفت که توجه خود را به زیست شناسی معطوف کرده است و مدل زبان بزرگ آن به نام کلود، "یک سیستم آنزیمی جدید با تکرارهای CRISPR مانند" را کشف کرده است.

کاری که آنتروپیک انجام داد این بود که از کلود خواست تا در یک پایگاه داده بزرگ DNA به دنبال پروتئین های «جدید جالب» از نوعی به نام رونوشت معکوس بگردد. اینها آنزیم هایی هستند که می توانند یک کپی DNA از یک توالی RNA بسازند. به طور معمول، DNA به RNA رونویسی می شود، بنابراین قسمت معکوس.

چرا آنتروپیک به ترانس کریپتازهای معکوس علاقه دارد؟ زیرا اگر هدف مهندسی ژنتیکی هر چیزی از باکتری گرفته تا انسان باشد، امکان افزودن توالی‌های DNA خاص به مکان‌های خاص در ژنوم واقعا مفید است. در حال حاضر راه هایی برای انجام این کار وجود دارد، اما همه آنها محدودیت هایی دارند.

عوامل کلود حدود 200000 توالی در پایگاه داده پیدا کردند که احتمالا برای رونوشت های معکوس کد می کنند. در حین تجزیه و تحلیل یک خانواده از ترانس کریپتازهای معکوس، که در ویروس های آلوده کننده باکتری یافت می شوند، یک عامل یک سری توالی های مکرر را در کنار توالی برای ترانس کریپتاز معکوس شناسایی کرد.

"من می توانم با چشم یک آرایه تکرار پشت سر هم ببینم... این یک آرایه CRISPR مانند است... آرایه تکرار؟!" عامل خروجی

آنچه در اینجا باید بدانید این است که CRISPR مخفف تکرارهای کوتاه پالیندرومیک خوشه ای به طور منظم در فاصله بین یکدیگر است. به عبارت دیگر، ناحیه ای از DNA که در آن تعداد زیادی توالی کوتاه تکراری وجود دارد که توسط DNA غیر تکراری از هم جدا شده اند.

چنین تکرارهایی برای اولین بار در سال 1987 توسط محققان ژاپنی در E. coli مشاهده شد و بعدا توسط فرانسیسکو موژیکا در دانشگاه آلیکانته در اسپانیا CRISPR نامگذاری شد. در سال 2005، موژیکا گزارش داد که قطعات DNA تکرار نشدنی با تکه‌هایی از DNA ویروسی مطابقت دارند.

او به درستی استنباط کرد که این باید نوعی سیستم ایمنی باکتریایی باشد، اما سال‌ها تحقیق توسط تیم‌های مختلف طول کشید تا چگونگی عملکرد آن را کشف کنند و پروتئینی به نام CRISPR-Cas9 نقش کلیدی را ایفا کند. پیشرفت واقعی در سال 2012 زمانی رخ داد که جنیفر دودنا در دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، و همکارانش در مورد چگونگی ایجاد قطعاتی از RNA که می تواند به پروتئین CRISPR-Cas9 متصل شود و آن را برای از بین بردن توالی های خاص هدایت کند، کار کردند. این شروع ویرایش ژن CRISPR بود که زیست شناسی را متحول کرد.

بنابراین واقعا جالب است که کلود مجموعه مشابهی از تکرارها را در ویروس های آلوده کننده باکتری پیدا کرده است. قبلا مشخص بود که برخی از ویروس ها دارای سیستم CRISPR هستند، اما این چیزی متفاوت است که ارزش مطالعه بیشتر را دارد.

با این حال، از نظر اهمیت، کار کلود با کشف 1987 در E. coli قابل مقایسه است، نه موفقیت سال 2012 که برنده جایزه نوبل شد. و با توجه به کمک‌های هوش مصنوعی به زیست‌شناسی، کار کلود حتی به آن نزدیک نیست که با سیستم AlphaFold DeepMind برای پیش‌بینی ساختار پروتئین، که واقعا دگرگون‌کننده است، قرار بگیرد.

آیا کشف کلود به ابزارهای جدید و قدرتمند ویرایش ژن منجر خواهد شد؟ زمینه در اینجا این است که ما بسیاری از انواع CRISPR را به همراه چند سیستم طبیعی دیگر - به ویژه پل‌های recombinases - کشف کرده‌ایم که می‌توانند برای ویرایش ژن مفید باشند.

علاوه بر این، پروتئین هایی مانند CRISPR-Cas9 اکنون به طور گسترده تغییر یافته و در آزمایشگاه تکامل یافته اند تا آنها را برای ویرایش ژن بهتر کنند. به عنوان مثال، ویرایشگرهای پایه - که در حال حاضر جان انسان ها را نجات می دهند - پروتئین های CRISPR هستند که طوری مهندسی شده اند تا یک حرف را بدون بریدن رشته های DNA تغییر دهند، همانطور که پروتئین اصلی Cas9 انجام می دهد.

سپس ویرایشگرهای اصلی هستند که از یک رونوشت معکوس ترکیب شده با بخشی از پروتئین Cas9 تشکیل شده‌اند که می‌توانند توالی‌های کوتاهی از DNA را به ژنوم اضافه کنند. به عبارت دیگر، ما قبلا رونوشت‌های معکوس را برای ویرایش ژن هدفمند RNA تطبیق داده‌ایم.

جالب است که کلود آنچه را که تیم آنتروپیک، رونوشت‌های معکوس مرتبط با آرایه یا ART می‌نامند، شناسایی کرده است. و اگر بعید باشد، ممکن است که این سیستم ویروسی به روشی منحصر به فرد کار کند که به ما اجازه می دهد کارهایی را انجام دهیم که با ابزارهای ژنتیکی موجود نمی توان انجام داد. اما کارهای زیادی برای کشف این موضوع باید انجام شود، و در بهترین حالت، نتیجه یک ابزار ویرایش ژنی دیگر در مجموعه ای به سرعت در حال گسترش است.