«جنیفر دودنا» و « امانوئل شارپنتیر» برای کشف فناوری CRISPR-Cas9 جایزه نوبل گرفتند. دودنا پس از آن در یک سخنرانی معروف در سال ۲۰۱۵ درباره این فناوری و آینده اش توضیحات دقیقی داد و از جامعه علمی خواست حالا که امکان ویرایش نسخه ژنوم انسان فراهم شده، کمی در ادامه راه مکث و تامل کنند تا چارچوب های دقیقی برای کنترل تبعات ناخواسته این فناوری بر زندگی بشر و حیوانات تدوین شود. خواسته ای که احتمالا کسی آن را جدی نگرفت.
گزیده این سخنرانی را بخوانید.
چند سال پیش، همراه همکارم، امانوئل شارپنتیر فناوری تازهایی برای اصلاح ژنوم ها اختراع کردم به اسم CRISPR-Cas9 فناوری CRISPR به دانشمندان اجازه می دهد تغییراتی در دی ان ای سلول ها ایجاد کنند تا قادر باشیم امراض ژنتیکی را درمان کنیم. شاید علاقمند باشید بدانید که CRISPR چطور از یک پروژه تحقیقی ابتدایی که هدفش کشف چگونگی مبارزه باکتری ها با عفونت های ویروسی بود به اینجا ختم شد.
باکتری ها باید با ویروس ها در محیط شان سروکار داشته باشند و ما می توانیم به عفونت ویروسی بعنوان یک بمب ساعتی نگاه کنیم. باکتری پیش از نابودی تنها چند دقیقه برای خنثی کردن بمب زمان دارد. اکثر باکتری ها در سلول های شان سیستم ایمنی تطابق پذیری به اسم CRISPR دارند، که آنها را قادر به کشف دی ان ای ویروسی و بعد نابودی شان می کند.
بخشی از سیستم CRISPR پروتینی به اسم Cas9 است، که قابلیت جستجو، برش زدن و سرانجام استحاله دی ان ای ویروسی را به روشی خاص دارد. تحقیق ما برای فهمیدن فعالیت این پروتئین Cas9 بود که فهمیدیم قادر به مهار این کارکرد بعنوان یک فناوری مهندسی ژنتیک هستیم، روشی برای دانشمندان جهت حذف یا وارد کردن تکههای خاص دی ان ای به درون سلول ها با دقتی باور نکردنی که فرصت هایی را برای انجام کارهایی که واقعا در گذشته غیرمحتمل بودند، فراهم می کند.
فناوری CRISPR همین حالا هم برای تغییر دی ان ای در سلول های موش ها و میمون ها و دیگر موجودات استفاده می شود. اخیرا دانشمندان چینی نشان دادند که آنها حتی توانسته اند از فناوری CRISPR برای تغییرات ژنی در جنین انسان استفاده کنند. و دانشمندان در فیلادلفیا نشان دادند که آنها می توانند از CRISPR برای برداشتن دی ان ای از یک ویروس اچ آی وی ادغام شده از سلول های انسان مبتلا استفاده کنند.
فرصت انجام این چنین ویرایش های ژنومی البته منجر به بروز مسائل اخلاقی متعدد می شود که نیاز به بررسی دارد، زیرا این فناوری را نه تنها می توان در سلول های بالغ بکار برد، بلکه قابلیت بکارگیری در جنین جانوران را نیز دارد، از جمله ما انسان ها. اکنون همراه با همکارانم به یک فراخوان جهانی درباره این فناوری که یکی از مخترعین آن هستم دعوت شده ام، تا بتوانیم همه پیامدهای اخلاقی و اجتماعی آن را بررسی کنیم.
آنچه می خواهم الان انجام دهم این است که به شما بگویم فناوری CRISPR چیست، چه کار می تواند انجام دهد، امروز کجای کار هستیم و این که چرا فکر می کنم لازم است مسیر حساب شدهای را در نحوه بکارگیری این فناری اتخاذ کنیم؟
تناوب های کوتاه پالیندروم فاصله دار منظم خوشه ای
وقتی ویروس ها سلولی را آلوده می کنند، به دی ان ای شان نفوذ می کنند. و در یک باکتری، سیستم CRISPR دی ان ای را قادر می سازد آن ویروس را بیرون براند، و در تکه های کوچک توی کروموزوم قرار گیرد و این تکه های یکپارچه شده دی ان ای ویروسی توی محلی به اسم CRISPR جا می گیرند.
CRISPR مخفف «تناوب های کوتاه پالیندروم فاصله دار منظم خوشه ای» است. عنوانی که حسابی دهن پرکن است. برای همین است که از مخفف CRISPR استفاده می کنیم.
این راهکاری است که به سلول ها اجازه می دهد در طول زمان به ثبت ویروس هایی بپردازند که در معرض شان بوده اند و از همه مهم تر، آن تکه های دی ان ای به سلول ها منتقل می شوند. بنابراین سلول ها نه تنها در یک نسل بلکه طی نسل های زیادی از ویروس ها محافظت می شوند. سلول ها این امکان را می یابند که سابقه عفونت را ثبت کنند و آنطور که همکارم بلیک وایدنفت دوست دارد بگوید، ژنگاه CRISPR کارت واکسیناسیون موثری در سلول هاست.
هنگامی که آن تکه های دی ان ای در داخل کوموزم باکتریایی قرار داده می شوند، سلول کپی کوچکی از مولکولی به اسم RNA را می سازد، و برگردان دقیقی از دی ان ای ویروسی است.
RNA راهنمای شیمیایی دی ان ای است، و اجازه فعل و انفعال با مولکول های دی ان ای را می دهد که توالی مشابه ای دارد. پس این تکه های کوچک RNA از ژنگاه CRISPR با پروتئینی به اسم Cas9 یکپارچه و بهم وصل می شوند و مجموعه ای را شکل می دهد که به نگهبان توی سلول می ماند.
توی کل دی ان ای سلول را می گردد تا محل هایی را بیابد که با توالی ها در RNAهای بهم متصل سازگار است. و وقتی آن محل ها یافت می شوند این مجموعه با دی ان ای یکپارچه شده و به ساطور Cas9 اجازه قطع کردن دی ان ای ویروسی را می دهد. این برشی بسیار دقیق است.
پس می توانیم به Cas9 RNA بعنوان مجموعه ساطوری فکر کنیم. مثل قیچی که دی ان ای را می تواند ببرد. و از همه مهمتر این مجموعه قابل برنامه ریزی است، بنابراین می تواند طوری برنامه ریزی شود که توالی های خاص دی ان ای را تشخیص دهد، و در آن محل در دی ان ای شکستگی ایجاد کند.
در ادامه تشخیص دادیم که آن فعالیت را می توان برای مهار کردن مهندسی ژنوم بکار برد تا سلول ها بتوانند تغییر بسیار دقیقی را در دی ان ای در محلی که این شکستگی معرفی شده، ایجاد کنند. مانند همان نوع قیاسگری در روشی که برای پروسه پردازش کلمات جهت تصحیح اشتباه املائی در اسناد استفاده می شود.
دلیلی که ما استفاده از سیستم CRISPR را برای مهندسی ژنوم در نظر گرفتیم بخاطر این است که سلول ها قابلیت شناسایی دی ان ای خراب و تعمیر آن را دارند. پس وقتی سلول گیاه یا حیوانی دچار قطع دو رشته ای در دی ان ای آن می شود، می تواند آن شکست را تعمیر کند، خواه از طریق چسباندن انتهای دی ان ای های منقطع بهم با یک تغییر جزیی و کوچک یا تعمیر شکستگی با یکپارچه سازی تکه تازه ای از دی ان ای در محل قطع شدن.
پس اگر روشی برای معرفی شکستگی های رشته های دوگانه به داخل دی ان ای در محل های دقیق داشته باشیم، قادر به برانگیختن سلول ها برای تعمیر آن شکستگی ها خواهیم بود، خواه از طریق شکاف یا همکاری اطلاعات ژنتیکی جدید. پس اگر قادر به برنامه ریزی فناوری CRISPR در شکستن دی ان ای باشیم در نزدیکی یا محلی که جهش بیماری زا رخ داده، قادر به برانگیختن سلول ها برای تعمیر آن جهش هستیم.
انسان قابل طراحی است
مهندسی ژنوم چیز تازه ای نیست، از دهه ۱۹۷۰ در حال پیشرفت بوده. ما فناوری هایی برای توالی دی ان ای داشته ایم، برای کپی کردن دی ان ای، و حتی برای دستکاری دی ان ای. و این فناوری ها بسیار نویدبخش بودند، اما مشکل ناکارآمدی آنها بود، یا این که برای بکارگیری زیادی سخت بودند، طوری که بیشتر دانشمندان از بکارگیری آنها در آزمایشگاه های شان یا قطعا در بسیاری از استعمال های کلینیکی خودداری کردند. بنابراین، فرصت بکارگیری فناوری مثلCRISPR و استفاده از آن جذابیت دارد، چون نسبتا ساده است.
فناوری های مهندسی ژنومِ قدیمی تر درست مشابه این است که کامپیوترتان را هر باری که قصد اجرای نرم افزاری جدید را دارید، از نو سیم کشی کنید. فناوری CRISPR مثل نرم افزار برای ژنوم است، به راحتی قادریم با بکار گیری این ذره های کوچک دی ان ای آن را برنامه ریزی کنیم. پس وقتی قطع دو رشته ای در دی ان ای اتفاق می افتد، می توانیم تعمیر را القاء کنیم، و بدان وسیله به دستاوردهای بالقوه ای برسیم، مثل داشتن قابلیت اصلاح جهش هایی که باعث کم خونی مدیترانه ای یا بیماری هانتینگتون می شود.
من راستش فکرمی کنم که اولین کاربردهای فناوری CRISPR در خون اتفاق بیفتد، جایی که رساندن این ابزار به درون سلول ها در مقایسه با بافت های جامد، نسبتا آسان است. هم اکنون، این کار بیشتر روی الگوهای حیوانی بیماری انسان انجام می شود، از قبیل موش ها. از این فناوری برای انجام تغییرات بسیار دقیقی انجام می شود که به ما اجازه مطالعه نحوه تاثیر این تغییرات در دی ان ای سلول ها را می دهد خواه بر روی یک بافت، یا روی کل اندام.
ما همچنین مایلیم به درک بهتری از نحوه کنترل روشی برسیم که دی ان ای بعد از برش تعمیر می شود، و همین طور بفهمیم چطور می توان هر نوع تاثیر ناخواسته یا دور از هدف بواسطه استفاده از این فناوری را مهار کرد.
فکر می کنم شاهد کاربرد کلینیکی این فناوری خواهیم بود، قطعا در بزرگسالان، ظرف ۱۰ سال آینده. فکر می کنم که این احتمال هست شاهد آزمایشات کلینیکی و شاید حتی درمان های تایید شده در آن زمان باشیم، که فکرش هم بسیار هیجان انگیز است. و بخاطر هیجان موجود درباره این فناوری، علاقمندی بسیاری از سوی شرکت های نوپای کسب و کار دیده می شود که برای تجاری کردن فناوریCRISPR تاسیس شده اند و بسیاری از سرمایه گذاران کارآفرین که در این شرکت ها سرمایه گذاری می کنند. اما باید همچنین در نظر داشته باشیم که فناوری CRISPR را می توان برای چیزهایی مثل بهسازی استفاد کرد.
تصور کنید که می توانیم مهندسی انسان هایی را امتحان کنیم که خصیصه های تقویت شده دارند، از قبیل استخوان های محکم تر، یا آسیب پذیری کمتر در برابر امراض قلبی یا حتی داشتن ویژگی هایی که شاید تمایل به داشتنش قابل ملاحظه باشد، مثل رنگ چشم متفاوت، یا قد بلندتر و چیزهایی مثل این. در واقع «طراحی انسان ها» اگر مایل باشید.
امروز، اطلاعات ژنتیکی برای فهمیدن انواع ژن هایی که منجر به این خصیصه ها می شوند تقریبا نامعلوم است. اما مهم است بدانیم فناوری CRISPR ابزار لازم را برای چنین تغییراتی به ما می دهد، زمانی که اطلاعات در دسترس باشد.
این مساله منتهی به مطرح شدن سوالات اخلاقی می شود که باید درباره شان بادقت باشیم، و بهمین خاطر است که من و همکارانم خواستار مکثی جهانی در هر گونه کاربرد کلینیکی در بکارگیری فناوری CRISPR در جنین انسان هستیم تا زمان داشته باشیم به بررسی دقیق انواع پیامدهای حاصل از انجام این کار بپردازیم. و در واقع، نمونه مهمی از چنین درنگی به دهه ۱۹۷۰ برمی گردد، زمانی که دانشمندان با هم یکی شدند تا خواستار دیرکرد قانونی در استفاده از همتاسازی مولکولی شوند تا مادامی که ایمنی آن فناوری با دقت آزمایش می شد و به تایید می رسید.
با این که انسان هایی با ژنوم مهندسی شده هنوز به ظهور نرسیده اند، اما دیگر جزیی از داستان های علمی تخیلی محسوب نمی شوند. همین الان گیاهان و حیواناتی را داریم که ژنوم شان مهندسی شده و این اتفاق مسئولیت عظیمی را پیش روی ما قرار می دهد تا با دقت به بررسی پیامدهای غیرعمدی و تاثیرات عمدی یک پیشرفت علمی بپردازیم.
دیدگاهتان را بنویسید