التقنية الحيوية الزراعية · global
مقصات CRISPR المصممة بالذكاء الاصطناعي تدخل خلايا الأرز: ثلاثة أنماط لتحرير الجينات تجتاز الاختبار
مكّن فريق هندي نوكليازًا مولدًا بالذكاء الاصطناعي من تنفيذ تعطيل الجينات وتحرير القواعد والتحرير الأوّلي في الأرز، بأداء يوازي عمومًا أداء Cas9 الشائع الاستخدام؛ وتوسّع النتائج مجموعة أدوات تربية المحاصيل، لكن لا تزال هناك عدة مراحل من التحقق قبل الوصول إلى أصناف حقلية.
اعتمد تحرير جينات الأرز طويلًا على بروتينات CRISPR المكتشفة في كائنات دقيقة طبيعية، لكن الباحثين بدأوا الآن اختبار مسار آخر: استخدام الذكاء الاصطناعي لتصميم مقصات جزيئية جديدة استنادًا إلى أنماط تسلسلات البروتين. وقد حوّل فريق المعهد المركزي الهندي لأبحاث الأرز OpenCRISPR-1 المولد بالذكاء الاصطناعي إلى منصة POC1 الملائمة للنباتات، وأثبت قدرته على العمل داخل خلايا الأرز.
لا يختار الذكاء الاصطناعي هنا من تلقاء نفسه صفات الأرز المراد تعديلها، بل يشارك في تصميم النوكلياز. ويُعد OpenCRISPR-1 بروتينًا موجّهًا بالحمض النووي الريبي (RNA)، يبلغ طوله 1,380 حمضًا أمينيًا ويختلف عن SpCas9 النموذجي في 403 أحماض أمينية؛ ثم عدّل الباحثون نظام التعبير الخاص به وفقًا لاحتياجات خلايا الأرز، وأنشأوا Plant OpenCRISPR-1.
اختبر الفريق أولًا إحداث كسور مزدوجة السلسلة في DNA عند أربعة مواضع جينية في بروتوبلاست الأرز. وأظهرت البيانات التي جمعتها Plantae، التابعة للجمعية الأمريكية لعلماء الأحياء النباتية، أن كفاءة التحرير تراوحت بين 10.0% و16.8%، من دون فرق ذي دلالة مقارنةً بـSpCas9 التقليدي. كما أعاد الباحثون توليد نباتات أرز مستقرة معدلة وراثيًا تحمل الحذوفات المستهدفة، ما يبيّن أن التأثير لا يقتصر على خلايا منفردة مزروعة لفترة وجيزة.
لا تقتصر استخدامات POC1 على قطع الجينات. فقد وصله الفريق، كلٌّ على حدة، بمكونات تحرير قاعدتي الأدينين والسيتوزين، وبمكونات التحرير الأوّلي، ما أتاح للنظام استبدال حرف واحد من DNA أو إعادة كتابة تسلسل محدد وفقًا لقالب RNA. وأفاد Nature India بأن كفاءة محرر قاعدة السيتوزين كانت أعلى من نظام Cas9 المناظر في بعض المواضع المستهدفة؛ إلا أن الأداء لم يكن متسقًا بين المواضع المختلفة، لذلك لا يمكن الاستنتاج من ذلك أن POC1 يتفوق بصورة شاملة على الأدوات الحالية.
تكمن دلالة أخرى لهذه النتيجة في إمكانية الوصول إلى التقنية. إذ تنطوي منصات CRISPR الناضجة على ترتيبات معقدة للملكية الفكرية والترخيص؛ أما OpenCRISPR-1 فقد نُشر بأسلوب مفتوح المصدر، ومن المخطط أيضًا توفير المواد البحثية عبر مستودع للبلازميدات، مع إتاحة مسار منفصل للترخيص التجاري. وقد يسهّل ذلك على الفرق الأكاديمية اختبار محررات جديدة، لكن «مفتوح المصدر» لا يعني إعفاء جميع الاستخدامات التجارية من متطلبات الترخيص والمراجعة التنظيمية.
ما تثبته الدراسة في مرحلتها الحالية هو أن أداة تحرير يمكنها العمل عند عدد محدود من المواضع الجينية في الأرز؛ ولم تُنتج بعد أصنافًا جديدة خضعت للتحقق الحقلي وتحمل صفات زيادة الإنتاج أو مقاومة الأمراض أو تحمّل الإجهادات. ولا تزال كفاءة الأداة في سلالات الأرز المختلفة، والتحرير غير المقصود على مستوى الجينوم بأكمله، واستقرار الصفات، وانتقالها بالوراثة عبر أجيال متعددة بحاجة إلى تقييم منهجي؛ وحتى إذا نضجت التقنية، فإن تصنيف محاصيل التحرير الجيني ومراجعتها ودخولها إلى الأسواق سيختلف من دولة إلى أخرى. لذلك يشبه POC1 أداة جديدة اجتازت اختبار القطع في المختبر أكثر مما يشبه صنف أرز يوشك على طرحه في السوق.