עריכת הגנום בטכנולוגית CRISPR: פריצת הדרך וההתמודדות עם אתגרי העריכה הגנטית
מהי טכנולוגיית ה-CRISPR (קריספר)?
לטכנולוגיית CRISPR יישומים מדהימים: מתיקון פגמים גנטיים, דרך טיפול במחלות ומניעת התפשטותן ועד שיפור יבולים חקלאיים.
רק לאחרונה אושר הטיפול הראשון בעריכת CRISPR על-ידי מנהל התרופות והמזון האמריקאי (FDA).
אבל מה זה בעצם CRISPR, איפה מתעוררים אתגרים וכיצד מתמודדים איתם חוקרים מהפקולטה למדעי החיים בבר-אילן? כל התשובות ממש כאן.
טכנולוגיית CRISPR - מה זה בעצם אומר?
CRISPR הוא מאפיין גנטי של חיידקים, שעושים בו שימוש כדי להגן על עצמם מפני נגיפים. נדרשו שנים של מחקר וניסויים כדי לגלות את הפוטנציאל החבוי שלו - באמצעות טכנולוגיית CRISPR, בדגש על חלבון Cas9 המשמש כסוג של "מספריים מולקולריים", ניתן לחתוך במדויק DNA במיקומים ספציפיים. גילוי זה סלל את הדרך לייעוד מחדש של CRISPR-Cas9 ככלי עריכה גנטי רב-תכליתי, שניתן להשתמש בו כדי להוסיף, להסיר או לשנות קטעים ספציפיים של קוד גנטי.
הגילוי הזה פותח עולם של אפשרויות לטיפול במחלות גנטיות, יצירת אורגניזמים מהונדסים גנטית ולימוד תפקוד הגנים במעבדה.
למרות הפוטנציאל העצום שלו, טכנולוגיית CRISPR עומדת בפני מספר אתגרים וסיבוכים. אתגר אחד הוא קביעת יעילות העריכה הגנטית. מכשול שני הוא הסכנה ליצור עריכות בגנום שאינן מכוונות.
לכן, מטרה מרכזית היא שיפור דיוק הטכנולוגיה - בפקולטה למדעי החיים באוניברסיטת בר-אילן עובדים בדיוק על זה.
לחזות את יעילות העריכה בטכנולוגיית CRISPR
האתגר המשמעותי הראשון הוא חיזוי מראש של היעילות הצפויה של עריכת הגנום, בעיקר כי ישנה השפעה של הסביבה התאית על יעילות העריכה. כדי להתמודד עם האתגר, מדענים חישוביים בהובלת פרופסור ירון אורנשטיין מהפקולטה למדעי החיים פיתחו שיטות בדיקה המבוססות על למידת מכונה ולמידה עמוקה.
הם אימנו מודלים על מידע רב שנאסף בניסויים, כך שיוכלו בהמשך לחזות את יעילות העריכה בכל מטרה שהיא, גם כאשר ישנן השפעות חיצוניות. במעבדה עובדים גם על שכלול ואימון האלגוריתם CRISPRon, שהוא פריצת דרך מרכזית לשיפור חיזוי העריכה.
התוכנה החכמה שמונעת עריכה לא מכוונת
אתגר משמעותי נוסף הוא הסיכון לעריכה לא מכוונת בגנום - כלומר, כאשר CRISPR מבצע שינויים ב-DNA במיקומים לא נכונים, מה שנקרא off-target.
עריכה כזו יכולה להוביל להשלכות לא רצויות על הגנום, ובמקרים מסוימים אפילו לסרטן. כדי לנסות ולהתמודד עם האתגר הזה נעשה שימוש בשיטות מדידה כמו דגימות וניתוח נתונים, אך שיטות אלו לא מספקות הערכה סטטיסטית והשימוש בהן מסורבל.
.jpeg)
כאן נכנסים לתמונה צוות החוקרים הרב-תחומי, ובראשם פרופסור איל הנדל מאוניברסיטת בר-אילן ופרופסור זהר יכיני מהמרכז הבינתחומי הרצליה, שפיתחו כלי חדש שמאתר, בודק ומודד את פעילות העריכה שסטתה מהמטרה הראשונית שלה.
התוכנה, שזכתה לשם CRISPECTOR, מבוססת על אלגוריתמים מתקדמים המשתמשים במידול סטטיסטי לחיזוי העריכה מחוץ למטרה, ויכולים לזהות נקודות חשודות בגנום, לאתר אירועים שליליים שמתרחשים במהלך העריכה ולספק שיטה אפקטיבית לאפיון וכימות שגיאות פוטנציאליות.
כלי מתקדם זה מאפשר לחוקרים לקבוע בדיוק את האזורים שהתערבויות בהם עשויות להיות לא רצויות, ובכך לשפר את הדיוק של תהליך העריכה הגנטית.
זהו צעד קריטי שמסייע בביצוע מניפולציה גנטית מדויקת ומבוקרת יותר - על ידי זיהוי ומדידה של שגיאות, החוקרים יכולים לכוונן את הטכניקות שלהם, לשפר את היעילות וכך להבטיח שימוש קליני בטוח יותר.
העתיד ורוד בפקולטה למדעי החיים באוניברסיטת בר-אילן
על שתי הבעיות החישוביות שמעלה טכנולוגית CRISPR עובדים במרץ בפקולטה למדעי החיים באוניברסיטת בר אילן, במטרה לקדם את השימוש בטכנולוגיית העריכה, שבעתיד תאפשר להתמודד עם כמה מהאתגרים הדחופים ביותר בבריאות האדם ובביוטכנולוגיה.
אם גם אתם רוצים לעמוד בחזית המחקר המדעי העכשווי ולפתור כמה מהבעיות הדחופות ביותר בעולם המדע והרפואה, אוניברסיטת בר-אילן הפקולטה למדעי החיים היא המקום לעשות את זה - אנחנו מזמינים אתכם לבקר בפקולטה למדעי החיים, ולהתרשם מטובי המוחות וממחקרים פורצי דרך.
