CRISPR is becoming an indispensable tool in biological research. Once known as the bacterial immune system against invading viruses, the programmable capacity of the Cas9 enzyme is now revolutionizing diverse fields of medical research, biotechnology, and agriculture. CRISPR-Cas9 is no longer just a gene-editing tool; the application areas of catalytically impaired inactive Cas9, including gene regulation, epigenetic editing, chromatin engineering, and imaging, now exceed the gene-editing functionality of WT Cas9. Here, we will present a brief history of gene-editing tools and describe the wide range of CRISPR-based genometargeting tools. We will conclude with future directions and the broader impact of CRISPR technologies.

 نمونه ترجمه مقاله:

تاریخچه کوتاهی از تلاش های ویرایش ژنوم[1]

ژنوم ارگانیسم های یوکاریوتی از میلیاردها باز DNA تشکیل شده است. توانایی تغییر این باز های DNA در مکان های دقیقا از پیش تعریف شده ارزش زیادی نه تنها برای زیست شناسی مولکولی، بلکه برای پزشکی و بیوتکنولوژی نیز دارد. بنابراین، اعمال تغییرات دلخواه در ژنومها، یعنی “ویرایش ژنوم”، یک هدف طولانی در پیشبرد زیست شناسی مولکولی بوده است. برای این منظور کشف آنزیم های محدود کننده [2] در اواخر 1970s1–3 که معمولا از باکتری ها در مقابل فاژ ها محافظت می کردند، نقطه عطفی بود که دوره فن آوری DNA نوترکیب را به وجود آورد. برای اولین بار دانشمندان توانایی دستکاری DNA در لوله های آزمایش را به دست آوردند. با وجودی که این تلاش ها منجر به اکتشافاتی در زیست شناسی مولکولی و ژنتیک شد، اما توانایی تغییر دقیق DNA در سلول های زنده یوکاریوتی چند دهه بعد حاصل شد. برای این منظور، چندین تحول کلیدی در اواسط تا اواخر دهه 1980 کشف شد. تحقیقات اولیه تخریب[3] ژن هدف در سلول های مخمر یوکاریوتی به دنبال کارهای Capecchi و Smithies که با پیشرفت غیر منتظره همراه بود در سلول های پستانداران انجام شد. مطالعات آنها نشان داد که سلول های پستانداران می توانند یک نسخه خارجی از DNA را از طریق یک فرایند به نام نوترکیبی همولوگ[4] به ژنوم خود اضافه کنند . ادغام  ژن هدف در ژنوم موجب فراهم آوردن قدرت بی سابقه ای برای مشخص کردن نقش های عملکردی ژن های مختلف در موجودات زنده می شود. با این حال، امکان پذیری این روش محدودیت های متعددی داشت. در ابتدا، میزان ادغام خود به خودی یک کپی DNA خارجی بسیار کم بود (1 در 103-109 سلول). ثانیا، میزان ادغام بستگی به نوع سلول و وضعیت سلول داشت. در نهایت، و حیاتی ترین مورد ، این رویکرد می تواند منجر به جایگیری تصادفی کپی خارجی در لوکوس ژنومی ناخواسته در فرکانس مشابه یا بالاتر از سایت هدف شود.

توسعه نوکلئاز های هدف برای ویرایش ژنوم

محققان به دنبال راه های دیگری برای غلبه بر این محدودیت های ذکر شده بودند. یکی از پیشرفت های غیر منتظره اولیه حاصل از این واقعیت است که ایجاد یک شکست دو رشته ای ([5]DSB) در یک سایت هدف، باعث چندین مرتبه افزایش بزرگی در فرکانس ادغام ژن هدف می شود. بنابراین، بسیاری از گروه های تحقیقاتی بر توسعه راهبردهای مختلف برای دستیابی به DSB های هدفمند متمرکز شدند. در مطالعات اولیه، محققان از آنزیم های اندونوکلئاز برش دهنده کمیاب ، مانند I-SceI برش دهنده 8 جفت بازی، برای ایجاد DSB های خاص در ژنوم موش استفاده کردند. اگر چه چنین مگانوکلئازهایی (اندوکلئازهایی که قطعات طولانی DNA 14-40 bp را تشخیص می دهند) باعث افزایش کارآیی ویرایش ژنوم شد، این رویکرد توسط دو معضل اصلی محدود شد. اولا، علیرغم وجود صدها مگانوکلئاز طبیعی که به طور طبیعی یافت می شوند، هر یک از آنها یک توالی تشخیص منحصر به فرد دارد. بنابراين احتمال يافتن مگا نوکلئازی که لوکوس مورد نظر را هدف قرار داده است هنوز هم کم است.

[1] genome-editing

[2] restriction enzymes

[3] disruption

[4] homologous recombination

[5] doublestrand break