کشف و گسترش تکنیک‌های ویرایش ژنوم همانند مگانوکلئازها، نوکلئازهای انگشت روی (ZFNs)، نوکلئازهای افکتور شبه فعال کننده رونویسی (TALENs) و سیستم CRISPR انقلابی را در بیولوژی مولکولی و ژن درمانی به وجود آورده است. از بین سیستم‌های ویرایش ژنومی، سیستم CRISPR با توجه به برتری‌‌ها و مزایایی که نسبت به سایر تکنیک‌های مهندسی ژنوم دارد توجه زیادی را به خود جلب کرده به طوری که اخیرا نیز جایزه نوبل شیمی (2020) را از آن خود کرده است. موضوع مهمی که برای مهندسی ژنوم باید در نظر گرفته شود ابزار‌های مورد استفاده برای تحویل اجزاء سیستم ویرایشگر ژنومی در شرایط in vitro، in vivo وex vivo  به داخل سلول‌‌های هدف می‌باشد. انواعی از روش‌های فیزیکی و ویروسی برای تحویل اجزاء سیستم CRISPR مورد استفاده قرار می گیرد. با این حال این روش‌ها با وجود همه مزایایی که دارند دارای محدودیت‌هایی هستند که محققان را تشویق به ایجاد روش‌های ساده تر، ایمن‌تر، اختصاصی‌تر، کم هزینه تر و کارآمدتر می‌کند. اخیرا استفاده از نامواد در تحویل اجزاء سیستم CRISPR به دلیل مزایای فراوانی که دارند توجه زیادی را به خود جلب کرده است. کتاب پیش رو شامل 9 فصل می‌باشد که در فصل‌های اول تا پنجم مقدمه‌ای بر انواع تکنیک‌های ویرایش ژنوم، پرایم ادیتینگ و طراحی آزمایش‌های مبتنی بر سیستم CRISPR ارائه شده است. در فصل‌های ششم تا نهم نیز به مباحث تحویل اجزاء سیستم ویرایش ژنومی CRISPR به طور مفصل پرداخته شده است. مطالعه این کتاب به پژوهشگران رشته‌های علوم زیستی، پزشکی و شیمی، زیست شناسی سلولی و مولکولی و نانوتکنولوژی توصیه می‌شود. علی رغم تلاش ها و دقت فراوان در نگارش و ترجمه این کتاب، با این حال بدون شک عاری از هیچ گونه خطا نمی تواند باشد

فهرست مطالب

مقدمه: 11

فصل اول: مروری بر انواع تکنیک‌های ویرایش ژنوم.. 13

تکنیک‌‌های ویرایش ژنوم. 13ش

مگانوکلئاز‌ها 13

نوکلئاز‌های انگشت روی.. 15

نوکلئاز‌های افکتور شبه فعال‌کننده رونویسی.. 16

تکرار‌های کوتاه پالیندرومیک فاصله‌دار منظم خوشه‌ای.. 19

منابع: 22

فصل دوم: تکنیک ویرایش ژنومی CRISPR.. 23

کشف سیستم CRISPR.. 23

انواع سیستم‌های CRISPR-Cas 25

ترمیم برش‌‌های ایجاد شده توسط سیستم CRISPR/Cas9. 27

مسیر ترمیمی اتصال انتها‌های غیر همولوگ (NHEJ): 27

مسیر ترمیمی همولوژی (HDR): 28

مهندسی ابزار CRISPR-Cas9. 29

تکامل نسل دوم ابزار ویرایش ژن CRISPR.. 30

تنظیم بیان ژن به‌وسیله CRISPR.. 31

ویرایش اپی ژنتیک به‌وسیله CRISPR.. 33

منابع: 35

فصل سوم: ویرایش اولیه (پرایم ادیتینگ). 39

ویرایش اولیه: دقت و انعطاف پذیری بیش‌تری را به سیستم CRISPR اضافه کرده است. 39

ویرایشگر اولیه: ترکیبی از Cas9 و ترانسکریپتاز معکوس... 41

pegRNA: الگو و توالی راهنما 41

ویرایشگر اولیه 3  (PE3): برطرف‌سازی ناجور جفت شدگی DNA به نفع ویرایش.... 42

مزایای ویرایش اولیه. 42

منابع: 44

فصل چهارم: طراحی آزمایش‌های CRISPR.. 45

طراحی آزمایش‌های دستکاری ژنوم با استفاده از سیستم CRISPR.. 45

انتخاب نوع دستکاری ژنتیکی.. 45

انتخاب سیستم بیانی.. 47

انتخاب توالی هدف و طراحی gRNA مورد نظر. 49

شناسایی و انتخاب رده سلولی/ ارگانیسم و توالی ژنومی.. 49

انتخاب gRNA‌ها بر اساس فعالیت‌های پیش‌بینی شده بر روی هدف و خارج از هدف.. 49

سنتز و کلون کردن  gRNA‌های مورد نظر. 50

منابع: 52

فصل پنجم: طراحی و ساخت توالی راهنما (gRNA) برای آزمایش‌های مبتنی بر سیستم CRISPR   53

طراحی توالی gRNA برای آزمایش‌های ویرایش ژنوم به واسطه CRISPR.. 53

طراحی gRNA برای ناک اوت ژن.. 53

طراحی gRNA برای ناک این ژن.. 54

طراحی gRNA برای CRISPRa و CRISPRi 54

اطمینان از هدف‌گیری ‌گیری درست با gRNA.. 55

به حداقل رساندن اثرات خارج از هدف gRNA.. 55

بهبود ناک اوت به وسیله سیستم CRISPR با استفاده از چندین gRNA.. 56

تفاوت بین gRNA و sgRNA.. 56

فعالیت نوکلئازی پروتئین Cas چگونه به توالی PAM وابسته است؟. 57

استفاده از نرم افزار‌های مختلف برای طراحی gRNA.. 57

ساخت sgRNA.. 58

ساخت sgRNA با استفاده از پلاسمید ارسالی به درون سلول.. 59

ساخت رونوشت sgRNA در شرایط in vitro. 59

sgRNA مصنوعی.. 59

مزایای sgRNA مصنوعی.. 60

بهبود کارایی ویرایش.... 60

سیستم‌های تحویل با کم‌ترین خطر. 60

افزایش راحتی آزمایش.... 60

سازگاری توالی‌های راهنمای اصلاح شده از نظر شیمیایی.. 61

کتابخانه‌های غربالگری sgRNA.. 61

توالی موتیف مجاور فاصله انداز (PAM) چیست؟. 61

توالی‌های PAM مختلف برای نوکلئاز‌های Cas مختلف... 62

نقش توالی PAM در طراحی RNA راهنما 63

توالی‌های RNA راهنمای حاوی PAM... 64

منابع: 65

فصل ششم: تحویل اجزاء سیستم ویرایش ژنومی CRISPR.. 66

تحویل سلولی اجزاء سیستم CRISPR.. 66

منابع: 71

فصل هفتم: روش‌‌های فیزیکی برای تحویل اجزاء سیستم CRISPR.. 73

انواع روش‌‌های فیزیکی برای تحویل اجزا سیستم CRISPR/Cas9. 73

میکرواینجکشن.. 74

الکتروپوریشن.. 75

هیدرودینامیک اینجکشن.. 76

منابع: 78

فصل هشتم: وکتور‌های ویروسی برای تحویل اجزاء سیستم CRISPR.. 81

وکتور‌های ویروسی برای تحویل اجزاء سیستم CRISPR.. 81

آدنوویروس‌ها 82

لنتی ویروس‌‌ها 82

ویروس‌‌های همراه آدنو. 83

منابع: 85

فصل نهم: بهره‌گیری از نانوذرات در تحویل اجزاء سیستم CRISPR.. 87

تحویل اجزاء سیستم CRISPR/Cas9 با استفاده از نانو ذرات.. 87

انواع فرمت‌‌های سیستم CRISPR/Cas9. 91

فرم پلاسمید سیستم CRISPR/Cas9. 91

سیستم‌‌های تحویل نانو ذرات مبتنی بر پلیمر‌های کاتیونی.. 92

سیستم‌‌های تحویل مبتنی بر نانو ذرات لیپیدی کاتیونی.. 96

سیستم‌‌های تحویل مبتنی بر نانو ذرات آلبومین.. 100

سیستم‌‌های تحویل مبتنی بر نانو ذرات معدنی.. 100

فرم mRNA سیستم CRISPR/Cas9. 102

سیستم‌‌های تحویل مبتنی بر لیپید. 102

فرم ریبونوکلئوپروتئین سیستم CRISPR/Cas9. 105

سیستم تحویل مبتنی بر DNA Nanoclew.. 105

سیستم‌‌های تحویل مبتنی بر پلیمر. 107

سیستم‌‌های تحویل مبتنی بر لیپید. 110

سیستم تراشه میکروفلوئیدی.. 112

سیستم‌‌های تحویل مبتنی بر پپتید. 115

سیستم‌‌های تحویل مبتنی بر نانو ذرات طلا.. 116

سایر سیستم‌های ‌‌های معدنی تحویل.. 123

چالش ‌ها، چشم انداز‌ها و نتیجه‌گیری ‌گیری ‌ها 127

منابع: 130