آیا بشر میتواند با مهندسی ژنتیک روی مسیر طبیعی تکامل موثر باشد؟ (بخش اول)
پایگاه نیویورکر در یک گزارش طولانی و مفصل به بررسی دیدگاههای دانشمندی به نام کوین اسولت از MIT در زمینهی دستکاری ژنی و مهندسی ژنتیک روی موجودات طبیعی بهمنظور ریشهکن کردن یا کاهش اثرات برخی بیماریها و حشرات ناقل بیماریها و سایر موارد مشابه در این زمینه پرداخته است. برای اینکه با اهمیت این موضوع و بهطور خاص با اهمیت کارهای کوین آشنا شویم، به سراغ این گزارش مفصل رفتهایم. این گزارش را در سه بخش جداگانه ارائه خواهیم داد و در ادامه از شما دعوت میکنیم با بخش نخست آن همراه شوید.
در یک روز بادی در Woods Hole، استادیاری در زمینهی مهندسی بیولوژیکی از دانشگاه MIT با نام کوین اسولت (Kevin Esvelt)، سوار یک قایق میشود تا خود را به جزیرهی نانتاکت (Nantucket)، واقع در ایالت ماساچوست برساند. او قصد دارد در نشستی که با حضور مسئولان محلی برگزار میشود، راهحل خود را برای حل یکی از معضلات مزمن این جزیره، یعنی بیماری لایم (Lyme) ارائه دهد. او تمام شب را برای تهیهی اسلایدهای خود بیدار بود و نشانههای خستگی در او نمایان شده بود. اسولت دکمههای پیراهنش را اشتباهی بسته بود و زیر چشمان آبی او نیز گود افتاده بود.
اسولت با ۳۴ سال سن، مدیر گروه sculpting evolution در MIT است، جایی که او و همکارانش تلاش میکنند با طراحی ابزار مولکولی، بتوانند تغییرات اساسی در دنیای طبیعی به وجود آورند. اگر اهالی جزیرهی نانتاکت موافقت کنند، او قصد دارد با استفاده از چنین ابزارهایی، DNA موشهای پاسفید این جزیره را دستکاری کند تا آنها را به بیماری لایم و سایر بیماریهایی که کنه ناقل آنها است، مصون کنند. آنها ابتدا چنین موشهایی را در محیط آزمایشگاهی پرورش میدهند و بهصورت آزمایشی در یک جزیرهی بدون سکنه رها میکنند. اگر تعداد کنههای ناقل بیماری لایم کاهش یابد، اسولت قصد دارد با کسب مجوزهای لازم از مسئولان این جزیره، همین فرآیند را در نانتاکت و مناطق همجوار از جمله Martha’s Vineyard اجرا کند.
هماکنون بیش از یکچهارم سکنهی نانتاکت با این بیماری دست به گریبان هستند، بیماری که یکی از سریعترین رشدها را در میان سایر بیماریها در ایالات متحده دارد. بیمار مبتلا به لایم، ابتدا علائم شبیه به سرماخوردگی، همچون تبولرز نشان میدهد. در صورت تشخیص به موقع بیماری، میتوان با مصرف آنتیبیوتیکهای معمول آن را درمان کرد. با این حال، در اکثر افراد مبتلا به این بیماری، درد و علائم عصبی تا سالها باقی میماند. در جوامع سرتاسر منطقهی Northeast، ترس از کنههای ناقل بیماریها، ماهیت تابستان را در این مناطق دستخوش تغییر کرده است. والدین کمی هستند که به فرزندان خود اجازه میدهند تا با برهنه در چمنها بدوند و یا اینکه سرخوشانه در جنگل قدم بزنند.
اسولت در سخرانی خود برای مقامات محلی و عموم مردم نانتاکت، که در مرکز ایستگاه پلیس این شهر تجمع یافته بودند، توضیح داد که موش پاسفید منشأ اصلی بیماری لایم به شمار میرود که از طریق کنهها به انسان انتقال مییابند. او چنین گفت:
اگر ما دست خود را تکان دهیم و این بیماری ریشهکن شود چطور؟! این یک مشکل زیستمحیطی است، پس ما باید یک راه حل زیستمحیطی برای این مشکل پیدا کنیم تا بتوانیم چرخهی انتقال این بیماری را بشکنیم و آن را در محیط زیست حشرات بیماریزا محبوس کنیم.
در حال حاضر هیچگونه واکسن تأییدشده برای بیماری لایم وجود ندارد، البته برای سگها چنین واکسنی ساخته شده است که برای موشها نیز جواب میدهد. اسولت و تیم او کار خود را ابتدا با واکسینه کردن موشها و تعیین ترکیب ژنتیکی مقاومترین آنتیبادیها شروع خواهند کرد. آنها سپس ژنهای لازم برای ساخت آنتیبادیها را وارد تخمهای موشها میکنند. به این ترتیب موشهای به دنیا آمده به بیماری لایم مقاوم خواهند بود. نهایتا، با آزادسازی موشهای مقاومشده به طبیعت و جفتگیری آنها با موشهای وحشی، تمام جمعیت موشها نسبت به بیماری مصون میشوند. آنتی بادیهای موجود در بدن موشها میتوانند باکتری لایم را که توسط گزش کنهها وارد بدن موشها میشوند، از بین ببرند و آن طور که اسولت میگوید:
موشها را از چرخه حذف کنید، تا کل چرخهی انتقال از هم بپاشد.
در سال گذشته اسولت بارها در مورد بیماری لایم در محافل مختلف، نه تنها فقط در نانتاکت و Martha’s Vineyard، بلکه در فرومهایی در سرتاسر جهان از همایش بیولوژی مصنوعی در کشور شیلی گرفته تا کنفرانس پیشروان کاخ سفید که به میزانی باراک اوباما در پیزبورگ برگزار شد، سخنرانی کرده است. در تمام این محافل، اسولت به حاضران اظهار میکند که تلاش و خواستهی واقعی وی این است که دو فرزندش، یک پسر سه ساله و یک دختر یک ساله، در جهانی عاری از بیماری لایم بزرگ شوند. اما این موضوع دلیل اصلی شرکت او در میتینگهای بیماریهای عفونی، کنوانسیونهای حشرهشناسی و کارگروههای بینالمللی نیست. او هم اکنون درگیر مأموریتی است که به اعتقاد او بسیار مهمتر از این موضوعات است.
اسولت و همکارانش اولین کسانی بودند که در سال ۲۰۱۴ اعلام کردند که میتوان با ترکیب ابزار انقلابی تغییر ژنها، یعنی کریسپر (CRISPR) با پدیدهی طبیعی ژن درایو (gene drive) یا تحریک ژنی، سرنوشت ژنتیکی گونههای مختلف جانوری را تغییر داد. نحوهی عملکرد ژن درایو به این گونه است که قوانین سنتی توارث مندلی ( Mendelian inheritance) را ملغی میکند. در حالت عادی، فرزند به وجود آمده توسط گونههایی که از طریق رابطهی جنسی زاد و ولد میکنند، نصف ژنومهای خود را از هر یک از والدین کسب میکنند. اما زیستشناسان از سال دههی ۴۰ میلادی متوجه شدند که بعضی از المانهای ژنتیکی «خودخواه» هستند. به این معنی که روند تکامل فرصتی برای این المانها فراهم کرده است که با شانس بیشتری نسبت به حالت پنجاه-پنجاه به نسل دیگر منتقل شوند. این ویژگی باعث میشود که بعضی از ویژگیهای خصوصیتی مشخص با سرعتی غیرمعمول در میان یک گونه منتشر شود.
قبل از معرفی ابزار کریسپر، زیستشناسان ابزاری برای اعمال تغییرات جبری ژنتیکی در میان کل جمعیت یک گونه در دست نداشتند. اما این سیستم که در واقع نوعی چاقوی جراحی کوچک است، زیستشناسان را قادر میکند تا توالی ژنوم میلیاردها نوکلئوتید را تغییر دهند یا حذف کنند. دانشمندان با جایگزینی ژنوم اصلاحشده در DNA یک ارگانیسم، اطمینان حاصل میکنند که ژن جدید در نسلهای بعدی به ارث برده میشود. برای مثال، چنین جهش ژنتیکی مهندسیشده در پشهها باعث شد که عملکرد انگل ناقل مالاریا خنثی شود و ژنهای مقاوم ساختهشده بهسرعت در نسلهای بعدی منتشر شود. درصد بیشتری از هر نسل بعدی ایجادشده توسط این پشهها، این خصوصیت را به ارث میبرند تا جایی که بعد از چند نسل، کل جمعیت پشهها نسبت به مالاریا مقاوم میشوند.
تاکنون دانشمندان چنین ابزار قوی زیستی در اختیار نداشتند، ابزاری که این پتانسیل را دارد که دنیای ما را بهبود ببخشد و یا در معرض خطر قرار دهد. اسولت امیدوار است از این تکنولوژی بهعنوان اهرمی برای مطالعه و دخالت در یکی از حوزههای کمتر شناختهشده و مرموز علوم استفاده کند. او میگوید:
تنها راه برای انجام آزمایشی که باعث انقراض یک گونهی حیات روی زمین شود این است که با شفافیت کامل انجام گیرد. با در نظر گرفتن اصول اخلاقی و علمی، استفاده از ژن درایو زمانی به موفقیت منجر میشود که این آزمایشات محرمانه نباشد. اگر ما این کار را برای ژن درایو بتوانیم انجام دهیم، برای باقی علوم نیز میتوانیم انجام دهیم.
در گردهمایی برگزارشده در نانتاکت، اسولت به اهالی جزیره اطمینان داد که از عواقب ناشی از دستکاری در بنیادیترین عناصر طبیعت بهخوبی آگاهی دارد. او به حاضران گفت که خود را نه بهعنوان یک زیستشناس، بلکه بهعنوان نمایندهی مردم در نظر میگیرد. اگر مردمی که او نمایندگی آنها را بر عهده دارد، اظهار نارضایتی کنند، او فورا پژوهش را متوقف خواهد کرد. او تأکید کرد که آزمایشها با شفافیت کامل پیش برده خواهد شد. تمام ایمیلها، آزمایشات، مجموعه دادهها و صورتجلسه دیدارها با همه به اشتراک گذاشته خواهد شد. مالکیت معنوی، اغلب حساسترین بخش یک تحقیق علمی است و اسولت میخواهد که آن را در وبسایت آپلود کند. او میگوید که هیچ کاری انجام نخواهد شد، مگر اینکه از پیش رضایت مسئولان و مردمی که تحت تأثیر آن قرار خواهند گرفت، اخذ شده باشد. اسولت در گردهمایی و در پاسخ به زمزمههای حاضران گفت:
وقتی میگویم شفافیت، منظور من شفافیت تمام ابعاد آزمایش است. اگر مونسانتو به روشی کاری را انجام داد، ما به روش دیگری آن کار را انجام میدهیم.
گفتنی است شرکت مونسانتو (Monsanto)، یک شرکت چندملیتی بزرگ است که در حوزهی مهندسی ژنتیک محصولات کشاورزی نیز فعالیت دارد. بعضی از کارشناسان، این شرکت را سمبل استفاده بیش از حد بیوتکنولوژی در کشاورزی میدانند.
تعداد موشهای پاسفیدی که در جزیرهی نانتاکت زندگی میکنند کمتر از یک میلیون است، از اینرو استفاده از ژن درایو برای انتشار ژنهای مقاوم به بیماری لایم بین موشها ضروری نیست. اسولت در نظر دارد با آزاد کردن تعداد کافی موش مقاوم به بیماری لایم، به میزان چند ده هزار، در طبیعت و جفتگیری آنها با موشهای وحشی، کل جمعیت موشهای پاسفید ژنهای مقاوم را به ارث برند. از آنجایی که اسولت نمیتواند این تعداد موش را در آزمایشگاه خود پرورش دهد، از این رو قصد دارد در کانتینر این کار را انجام دهد. البته این روش نمیتواند در ابعاد گسترده مورد استفاده قرار گیرد، زیرا در نواحی شرقی کشور ایالات متحده بیش از یک میلیارد موش پاسفید وجود دارد.
مبارزه با بیماری لایم تنها بخشی از تلاشهای بیسابقه برای مقابله با فراگیرترین رنجهای بشر، از جمله مالاریا و تب دانگ است. با وجود کاهش محسوس تعداد مرگومیرهای ناشی از این بیماریها در طی یک دههی گذشته، هنوز سلامتی نیمی از جمعیت جهان توسط آنها تهدید میشود و سالانه ۷۵۰ هزار انسان جان خود را در اثر ابتلا به این سه بیماری از دست میدهند. مالاریا بهتنهایی روزانه باعث مرگ هزار کودک میشود.
بنیاد بیل و ملیندا گیتس (The Bill and Melinda Gates Foundation) تاکنون دهها میلیون دلار برای تحقیقات مرتبط با مالاریا که توسطی تیمی با نام Target Malaria و به رهبری آستین برت انجام میشود، اختصاص داده است. این تیم تحقیقاتی در تستهای آزمایشگاهی موفق شده است با استفاده از کریسپر، ژنهای پشهی Anopheles gambiae را که حامل انگلهای ناقل مالاریا هستند، دستکاری کنند تا از تولید تخمهای بارور توسط پشههای مؤنث جلوگیری شود. بر اساس نظریهی مطرحشده، در اثر رهاسازی و جفتگیری این پشهها در کشورهای واقع در جنوب صحرای آفریقا، جمعیت آنها شروع به کاهش خواهد کرد. چند هفته پیش بنیاد خیریهی Tata Trusts of Mumbai در هند نیز، پشتیبانی از پروژهای مشابه را اعلام کرد.
همچنین میتوان از ژن درایو برای مقابله با بیماری شیستوزومیازیس (schistosomiasis) استفاده کرد. این بیماری انگلی سالانه صدها میلیون انسان را مبتلا میکند و جان بیش از دویست هزار نفر را میگیرد. به علاوه، این تکنولوژی میتواند به انقراض بعضی از گونههای مهاجم و آسیبرسان کمک کند. از جمله این گونهها میتوان به آفاتی اشاره کرد که دهها هزار هکتار محصولات را نابود میکنند یا پشههایی که باعث گسترش بیماری مالاریای پرندگان میشود. این بیماری بهسرعت در حال گسترش در هاوایی است و پرندگان بومی این منطقه را مبتلا میکند، آنچنان که سازمان حفاظت از پرندگان آمریکا مکررا از هاوایی با عنوان پایتخت انقراض پرندگان در جهان یاد میکند. برای اسولت، این دستاوردها بهنوعی در اولویت دوم قرار دارند. او میگوید:
برای بسیاری از مردم، هدف اول از بین بردن مالاریا است که من هم صد در صد از آن پشتیبانی میکنم. افرادی که در حوزهی کشاورزی فعالیت دارند، اکنون با یک مشکل جهانی به نام پیچکرم (screwwotm) رنج میبرند. آنها میخواهند از شر این آفت در آمریکای جنوبی خلاص شوند. هر شخصی اولویتی برای خود دارد که البته طبیعی است. اما من فکر میکنم مهمترین و بالاترین کاربرد ژن درایو، از بین بردن مالاریا یا تب دانگ یا شیستوزومیازیس یا لایم یا هر چیزی دیگری نیست، بلکه ایجاد تغییر در نگرش به علم است.
این موضوع، همان پیامی است که اسولت سعی دارد به مخاطبان خود در سراسر جهان ارسال کند. در گردهماییهای نانتاکت و Martha’s Vineyard، بازخورد حاضران، حتی آنهایی که با هدف مخالفت شرکت کرده بودند، بهطور باورنکردنی مثبت بود. برای مثال دونیکا کانرز (Danica Connors)، یک گیاهشناس و از مخالفان دستکاری ژنتیکی محصولات که در گردهمآیی نانتاکت حضور داشت میگوید: «من اولین کسی هستم که میگوید دست بردن در ساختار طبیعت، باعث از بین رفتن آن میشود.» اما همین شخص در مورد پیشنهاد اسولت گفت:
من از این گفتهی دانشمند جوان خوشم میآید که این تحقیق نباید یک پروژهی شرکتی باشد و باید برای منافع عموم باشد. من هیجانزده هستم و میخواهم ببینم که او چه کاری انجام خواهد داد.
بسیاری از افراد در کودکی خود عاشق دایناسورها میشوند. بسیاری از آنها با بزرگ شدن، علاقهی کمتری به این موضوع از خود نشان میدهند، اما کوین اسولت از دوران جوانی عقیده داشت که انقراض دایناسورها بهنوعی با ما ارتباط دارد. او در کودکی خود در سیاتل، کتاب «پارک ژوراسیک»، نوشتهی کرایتون را خواند و از همان زمان و در ۱۰ یا ۱۱ سالگی به موضوع بیوتکنولوژی علاقه یافت. او در این ارتباط میگوید:
پدر و مادرم مرا به سفر گالاپاگوس بردند. آن زمان فهمیدم که چه چیزی در زندگی میخواهم.
سفر به گالاپاگوس بهطور ناخودآگاه او را به سمت خواندن کتابهای چارلز داروین (Charles Darwin) سوق داد. اسولت در این مورد میگوید:
من واقعا شگفتزده شده بودم که چطور این سیستمهای پیچیده بهطور مستمر تکامل مییابند و همهی آن توسط DNA محقق میشود. من تصمیم گرفتم که زندگی خود را صرف یادگیری روشهایی برای بازنویسی ژنهای ارگانیسمها کنم تا چیزهای مفید و جالبی بسازم. البته زمانی که شما کودک هستید، بیشتر در مورد چیزهای جالب هیجانزده میشوید تا در مورد چیزهای مفید.
پدر اسولت در آژانس انرژی Bonneville سمت مدیریتی داشت و مادرش نیز آموزگار مدرسهی ابتدایی بود. زمانی که کوین ۱۲ ساله بود، از سیاتل به پورتلند نقل مکان کردند، جایی که او به یک مدرسهی خصوصی رفت. او در این ارتباط میگوید:
پدر و مادرم فکر کردند که یک مدرسهی خصوصی محیطی بهتر برای من است. من خیلی اجتماعی نبودم. البته تا حدی ورزشکار بودم و برای همین با دیگر دانشآموزان کنار میآمدم، در واقع یک بچهی گوشهگیر نبودم. اما قطعا خواندن کتاب را به وقتگذراندن با دیگران ترجیح میدادم.
اسولت بعد از فارغالتحصیلی از کالج هاروی ماد (Harvey Mudd College) که یک کالج مهندسی است و البته در رشتهی علوم انسانی نیز فعالیت زیادی دارد، وارد هاروارد (Harvard) شد و در آزمایشگاه دیوید لوو (David Liu) فعالیت خود را آغاز کرد. دیوید لوو پروفسور شیمی و بیولوژی شیمی است که به خاطر کارهایش در حوزهی تکامل مدیریتشدهی مولکولهای زیستی و مصنوعی شناخته میشود. دانشجویان فوقلیسانس سعی دارند تا جایی که ممکن است مقالات بیشتری در ژورنالهای علمی به چاپ برسانند تا رزومهی بهتری برای پیدا کردن شغل داشته باشند. با این حال، اسولت در پنج سال و نیم ابتدایی حضور ششسالهی خود در هاروارد هیچ مقالهای ننوشت. پروفسور لوو که عضو هیئت علمی دانشگاه هاروارد و موسسهی MIT نیز هست، در این ارتباط میگوید:
اسولت در اولین دیدار ما به من گفت که نمیخواهد روی پروژههای کوچک فعالیت کند، بلکه قصد دارد با مطالعه و تحقیق در یک موضوع ناب، اثر مثبتی بر بیوتکنولوژی داشته باشد. من هیچگاه چنین سخنی از یک دانشجوی ارشد سال اول نشنیده بودم. شگفتزده شدم. به نظرم او شخصی بود که تمام مهارت و اشتیاق لازم برای پیشرفت را داشت و در ضمن نوعی بیباکی سادهلوحانه نیز در او میدیدم.
برای پایاننامهی دکترا، اسولت به سراغ یکی از چالشیترین موضوعات بیولوژی مصنوعی رفت. تکامل در طی میلیونها سال اتفاق میافتد و ممکن است یک جهش کوچک ژنتیکی بعد از چند هزار نسل در یک گونه حیات ماندگار شود. محققانی که به دنبال بازآفرینی یا افزایش تنوع حیات هستند به یک قالب زمانی کوتاهتر نیاز دارند. با نظارت پروفسور لوو، اسولت توانست تکنیکی طراحی کند تا با فریب ویروسها آنها را وادار به تکامل بسیار سریع پروتئینها در آزمایشگاه کند، به گونهای که محققان میتوانند چندین تکامل مولکولی را در طی تنها یک روز مشاهده کنند. در نتیجهی این تلاشها، اسولت توانست جایزهی Harold M. Weintraub که یکی از معتبرترین جوایز در علوم زیستشناسی است را از آن خود کند.
در سال ۲۰۱۲، اسولت کار خود را در مقام فوق دکترا در موسسهی ویس هاروارد برای مهندسی ممتاز بیولوژی (Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering) آغاز کرد. او با یکی از سرشناسترین ژنتیکشناسان جهان که مدیریت بزرگترین آزمایشگاه آکادمیک ژنتیکی ایالات متحده را بر عهده دارد، یعنی جورج چرچ (George Church) شروع به همکاری کرد. رابطهی صمیمانهای بین اسولت و چرچ ایجاد شد و آن دو در مطالعات مختلفی با یکدیگر همکاری کردند؛ از جملهی مهمترین آنها، تحقیق سال ۲۰۱۴ بود که به توصیف ترکیب کریسپر و ژن درایو برای ایجاد تغییرات ژنتیکی در بسیاری از گونههای حیاتوحش میپرداخت.
با وجود دریافت جوایز متعدد و مقالات متعدد چاپشده در مجلات معتبر علمی و همکاری با دانشمندان بانفوذ، اسولت برای پیدا کردن شغل مناسب برای خود به مشکل برخورده بود. شغلی که به او در رسیدن به اهدافش بهعنوان یک دانشمند و بهعنوان شخصی که به افزایش آگاهی عمومی در مورد علوم تلاش میکند، کمک کند. به عقیدهی بسیار از مؤسسات، اسولت یک دورگهی عجیب بود. او قطعا استعداد خود بهعنوان یک محقق را ثابت کرده بود، اما تصمیم گرفت بهنوعی نقش مبلغ را نیز بر عهده گیرد.
او مدتها پیش به این نتیجه رسید که روشنگری در مورد علوم و انتخابهایی که علم پیش روی ما میگذارد، به همان اندازهی تحقیقات و دستاوردهای آزمایشگاهی اهمیت دارد. دانشمندان نخبه به چنین موضوعی نگاه منفی دارند و اعتقاد دارند که اشخاصی که مانند اسولت سخنرانی و اطلاعرسانی میکنند، برای خود نوعی نقش مقدسمآبانه متصور هستند یا به عبارت دیگر خودبزرگبین هستند و میخواهند خود را در کانون توجه قرار دهند. اسولت در این مورد اینگونه میگوید:
امروزه، کارل سیگن (Carl Sagan) بهعنوان یک رابط علمی با مردم (یعنی کسی که با حضور در محافل و رسانهها در مورد موضوعات علمی اطلاعرسانی میکرد)، در جوامع علمی مورد احترام است. اما مردم او را به چشم یک دانشمند بزرگ نمیبینند. این موضوع دیوانهکننده نیست؟ به سابقهی نشر و به مقالات او نگاه کنید. او یک دانشمند افسانهای بود.
بخش اول از این گزارش را در اینجا پایان میدهیم و در مقالهی دوم به ادامهی مسیر فعالیت اسولت خواهیم پرداخت.
نظرات