آیا کریسپر ساده و ارزان است؟

Ellen Jorgensen

زیست‌شناس و کنشگر ارتباط بین علم و جامعه

ترجمه: مهرگان روزبه، دبیر زیست‌شناسی شهر تهران

اشاره

فناوری ویرایش ژنوم از موضوع‌‌های جدید علم زیست‌شناسی و مورد بحث‌های بسیاری در جامعه است. در اینجا ترجمه سخنرانی اِلن جورگنسن، زیست‌شناس و کنشگر علم و جامعه را که به زبانی ساده بیان شده است، می‌آوریم تا در صورت لزوم مورد استفاده معلمانی باشد که در کلاس درس با پرسش‌های دانش‌آموزان در خصوص این فناوری پیچیده؛ ولی کارامد روبه‌رو می‌شوند.

- کسی چیزی درباره کریسپر¹ شنیده ‌است؟

- بله.

- اگر نشنیده بودید تعجب می‌کردم.

- کریسپر نوعی فناوری برای ویرایش ژنوم است که بسیار کارآمد و بحث‌انگیز است و بحث‌های فراوانِ جالبی را هم سبب شده است. مثلاً، آیا می‌توانیم با آن ماموت‌های پشمالو را دوباره زنده کنیم؟ آیا می‌توانیم با آن جنین انسان را ویرایش کنیم؟ یا چطور می‌توانیم با استفاده از این فناوری از شرّ یک گونه که آن را مضر می‌دانیم خلاص شویم؟

این شاخه از علم بسیار سریع‌تر از سازوکارهای معمولی حاکم بر آن به پیش می‌رود. به همین علت، طی شش سال گذشته، مأموریت شخصی من این شده است که مطمئن شوم بسیاری از مردم به اندازه کافی از این نوع فناوری‌ها و کاربردهای آن‌ها سر در می‌آورند. 

امروزه، کریسپر در بسیاری از رسانه‌ها مورد بحث قرار می‌گیرد و واژه‌های «ساده» و «ارزان» را برای آن به‌کار می‌برند. می‌خواهیم در اینجا کمی عمیق‌تر شویم و به واقعیت‌ها و افسانه‌هایی که کریسپر را در بر گرفته‌اند، توجه کنیم.

اگر بخواهیم ژنی را با کریسپر ویرایش کنیم، ابتدا باید DNA آن را خراب کنیم، یعنی مارپیچ دورشته‌ای آن را قیچی کنیم. بعد فرایندهای ترمیمی سلولی شروع به‌کار می‌کنند. باید فرایند ترمیم را به‌گونه‌ای مدیریت کنیم که ویرایش مورد نظر ما را انجام دهد؛ نه ویرایشی را که به‌طور طبیعی انجام می‌دهند. کریسپر سامانه‌ای دو بخشی است. یک پروتئین دارد به نام کاس²9  و بخشی که RNA‌ ³  راهنما  نام دارد که من دوست دارم اسمش را بگذارم «هدایت‌کننده موشک». عاشق این هستم که انسان‌انگاری کنم. پس کاس۹ چیزی مثل بازی پَک-مَن⁴ است که می‌خواهد DNA را بخورد و RNA راهنما قلاده‌ای است که آن را تا نقطه هدف در ژنوم هدایت می‌کند. مجموع این دو بخش را کریسپر می‌نامیم و در واقع، آن را از یک سامانه دفاعی بسیار بسیار قدیمی باکتری‌ها دزدیده‌ایم.

جالب است بدانید که فقط ۲۰ نوکلئوتید از RNA راهنما هدف را شناسایی می‌کند. طرح آن بسیار ساده و ارزان قیمت است. RNA راهنما، قسمتِ پویای سامانه‌ است. بقیه قسمت‌ها در واکنش‌های مختلف یکسان‌اند و بی‌تغییر باقی می‌مانند. این باعث می‌شود کار این ابزار نیرومند بسیار آسان باشد.

مجموعه RNA راهنما و پروتئین کاس۹ در طول ژنوم جلو و عقب می‌رود و وقتی که به جایگاهی می‌رسد که منطبق با RNA‌ راهنماست، به درون مارپیچ دورشته‌ای نفوذ می‌کند، بعد پروتئین کاس۹ آن را برش می‌دهد. سلول در این حالت ناگهان در وضعیت اضطرار و اضطراب تمام‌عیار قرار می‌گیرد، چون بخشی از DNA آن شکسته ‌شده است.

بعد چه اتفاقی می‌افتد؟ کمک فوراً از راه می‌رسد. دو روش ترمیم‌کننده وجود دارد: در روش اول، DNA‌ را می‌گیرند و دو تکه جداشده را دوباره به هم می‌رسانند. این روش چندان کارآمد نیست، چون طی آن بعضی وقت‌ها یک باز اضافه یا حذف می‌شود. اگر بخواهیم ژنی را ناکار کنیم، این روش جواب می‌دهد؛ اما اگر بخواهیم واقعاً ژنی را ویرایش کنیم، با این روش نمی‌شود. 

روش ترمیم‌کننده دوم بسیار جالب‌تر است. در این روش، همولوگِ یک تکه DNA را می‌گیرد. یادآوری می‌کنم که ما یک نسخه از ژنوم‌مان را از مادر و نسخه دیگر را از پدرمان دریافت کرده‌ایم. پس اگر یک نسخه آسیب ببیند، می‌تواند با استفاده از نسخه دوم، آن را ترمیم کند. ترمیم انجام و ژنوم دوباره ایمن می‌شود.

ما با این روش، تکه‌ای از DNA را می‌دزدیم و تکه‌ای دیگر را به جای آن می‌گذاریم. تکه‌ای که دو انتهای آن مشابه؛ اما قسمت میانی آن متفاوت است. اکنون، هرچه بخواهیم، می‌توانیم در قسمت میانی جای دهیم و سلول را گول بزنیم. پس می‌توانیم یکی از حروف را عوض کنیم، حروفی را برداریم؛ ولی از همه مهم‌تر، می‌توانیم DNA‌ جدیدی به جای آن بگذاریم، مانند اسب تروا.

ویژگی جالب آن سامانه هدف‌گذاری آن است. یعنی، سال‌هاست  DNA‌ را به درون سلول‌ها وارد می‌کنیم. درست است؟ اما با این ابزار، می‌توانیم دقیقاً به هدف بزنیم.

بسیاری از مردم می‌گویند که این ابزار بسیار ارزان یا ساده است. من مسئول یک آزمایشگاه عمومی‌ام. ایمیل‌هایی به من می‌رسد که در آن مردم می‌پرسند؛ مثلاً، می‌نویسند: سلام، آیا من می‌توانم شب‌هایی که آزمایشگاه شما باز است، بیایم و مثلاً، ژنوم مرا مهندسی کنید؟ جدی می‌گویم. جواب می‌دهم: نه، نمی‌توانی. پاسخ می‌شنوم که: اما شنیده‌ام که خیلی ارزان و ساده است.

باید این را کمی بررسی کنیم. چقدر ارزان است؟ بله، به نسبت ارزان است. هزینه متوسط مواد آزمایشی را از چند هزار دلار به چند صد دلار کاهش داده است و زمان را هم از چند هفته به چند روز کاهش داده که خیلی خوب  است؛ اما به آزمایشگاهی حرفه‌ای برای کار نیاز داریم. خارج از یک آزمایشگاه حرفه‌ای نتیجه مناسبی به دست نمی‌آید. منظورم این است که به حرف افرادی که ادعا می‌کنند که این کار‌ها را می‌شود در آشپزخانه انجام داد، گوش نکنید. انجام دادن این جور کار‌ها واقعاً ساده نیست. نمی‌خواستم بگویم که یک جنگ مالکیت معنوی هم در این بین در جریان است؛ حتی اگر چیزی را اختراع کرده باشی. مؤسسه «برود»⁵ و «یو سی برکلی»⁶ در مرکز این جنگ بزرگ مالکیت هستند. مشاهده آن واقعاً شگفت‌انگیز است. چون همدیگر را به کلاه‌برداری متهم می‌کنند. این جنگ قرار است سال‌ها ادامه داشته باشد. آخرش هم باید مبلغ هنگفتی بابت مجوز به کسی بدهی تا بتوانی از این‌ها استفاده کنی. پس، آیا واقعاً ارزان است؟ خوب، بله، اگر یک آزمایشگاه داشته باشی و در آن کار‌های تحقیقاتی پایه‌ای انجام بدهی، ارزان است.

چقدر ساده است؟ بگذارید این ادعا را بررسی کنیم. همیشه جزئیات مشکل ایجاد می‌کنند. ما واقعاً درباره سلول چیزهای زیادی نمی‌دانیم. نزد ما، سلول هنوز نوعی جعبه سیاه است. برای نمونه، نمی‌دانیم که چرا بعضی از RNA‌ های راهنما خیلی خوب کار و بعضی دیگر بد کار می‌کنند. نمی‌دانیم چرا بعضی سلول‌ها با یک مسیر ترمیمی کار می‌کنند و بعضی‌ها مسیر دیگری را لازم دارند.  

به علاوه، قبل از هر چیز، باید این سامانه را به داخل سلول وارد کنیم. کار در ظرف پتری، زیاد سخت نیست؛ اما اگه بخواهی در یک جاندار انجام بدهی، واقعاً مهارت می‌خواهد. مشکلی نیست که اگر از اجزایی مانند خون یا مغز استخوان استفاده کنی، روی این‌ها تحقیقات زیادی در حال انجام است.

داستان جالبی درباره یک دختربچه وجود دارد که سرطان خون او را درمان کردند. خون را از بدن او بیرون کشیدند، آن را با کمک کریسپر تصحیح کردند و برگرداندند به درون بدن. این یکی از رشته‌های تحقیقاتی است که در حال انجام ‌است؛ اما در حال حاضر اگر بخواهیم روی همه بدن کار کنیم، باید از ویروس استفاده کنیم. باید ویروس را بگیریم، کریسپر را درون آن بگذاریم و آن را به درون بدن تزریق ‌کنیم. حالا ویروس درون بدن است و نمی‌دانیم چه تأثیر بلند مدتی دارد. به‌علاوه، کریسپر گاه هدف‌گیری اشتباه دارد، البته، درصد آن خیلی کم است، ولی اشتباه وجود دارد. نمی‌دانیم در مسیر زمان چه اتفاقی خواهد افتاد.

این‌ها سؤالات پیش‌پا‌افتاده‌ای هستند. دانشمندان سعی می‌کنند آن‌ها را حل کنند و امیدواریم که در نهایت حل شوند. اما اصلاً این طور نیست که دستگاهی را روشن کنیم، خودش کار بکند. نه، حداقل نه به این زودی‌ها. پس آیا واقعاً ساده است؟ خوب، اگر چند سال با آن کار کرده باشی، بله، ساده است.

موضوع دیگر این است که ما واقعاً نمی‌دانیم وقتی که یک نقطه مشخص در ژنوم را تغییر می‌دهیم، چه روی می‌دهد. ما راه درازی در پیش داریم تا درک کنیم مثلاً چگونه کاری کنیم که خوک بال یا یک پای اضافی در بیاورد. خیلی جالب خواهد بود. نه؟ اما هم‌اکنون هزاران هزار پژوهشگر در حال کار روی کریسپر هستند تا کار‌های بسیار مهم‌تری انجام بدهند؛ مثلاً، بیماری‌های جانوری را بهبود ببخشیم، یا راهکار‌هایی برای تولید صنعتی مواد شیمیایی ارزشمند در مخازن تخمیر به دست آوریم، یا حتی تحقیقات بنیادی در مورد چگونگی کارکرد ژن‌ها انجام دهیم.

آری، کریسپر را باید این‌گونه معرفی کنیم و من دوست ندارم در مورد آن اغراق کنیم و مواردی را نادیده بگیریم. بسیاری از دانشمندان در حال کار با کریسپر هستند و چیزی که برای من جالب است، این است که آیا جامعه ما از این محققان حمایت می‌کند؟

به این موضوع فکر کنید. ما فراساختاری داریم که در آن افرادی همه وقت خود را صرف تحقیق روی آن می‌کنند. همه ما روی کریسپر کار می‌کنیم و همه چوپانان آن هستیم. همه مسئولیم.

پس از همه می‌خواهم که این فناوری را بشناسند. چون فقط با شناخت است که خواهیم توانست آن را به پیش ببریم و مدیریت کنیم و مطمئن باشیم که سرانجام نتایج خوبی برای ما و سیاره‌مان خواهد داشت.

پی‌نوشت‌ها

1.CRISPR

2. Cas9

3.guide RNA

4. PAC-MAN

5. Broad Institute

6. UC Berkeley

منبع

1. TED Summit:

https://www.ted.com/ talks/ ellen jorgensen what you need to know about crisper.