جنیفر دودنا: الان قادریم دی‎ان‎ای را ویرایش کنیم. اما بیاید عاقلانه انجامش دهیم

چند سال پیش، همراه همکارم، امانوئل شارپنتیر فناوری تازه‎ایی برای اصلاح ژنوم‎ها اختراع کردم . به اسم CRISPR-Cas9. فناوری CRISPR به دانشمندان اجازه می‎دهد تغییراتی در دی‎ان‎ای سلولها 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 باکتریها با عفونتهای ویروسی بود به اینجا ختم شد. باکتریها باید با ویروسها در محیطشان سروکار داشته باشند، و می‎توانیم به عفونت ویروسی بعنوان یک بمب ساعتی نگاه کنیم– باکتری پیش از نابودی تنها چند دقیقه برای خنثی کردن بمب زمان دارد. خب اکثر باکتریها در سلولهایشان سیستم ایمنی تطابق پذیری به اسم CRISPR دارند، که آنها را قادر به کشف دی‎ان‎ای ویروسی و بعد نابودیشان می‎کند.

بخشی از سیستم CRISPR پروتینی به اسم Cas9 است، که قابلیت جستجو، برش زدن و سرانجام استحاله دی‎ان‎ای ویروسی را به روشی خاص دارد. و از طریق 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 دی‎ان‎ای به درون سلولها با دقتی باور نکردنی– که فرصتهایی را برای انجام کارهایی که واقعا در گذشته غیرمحتمل بودند، فراهم می‎کند.

فناوری CRISPR همین حالا هم برای تغییر دی‎ان‎ای در سلولهای موشها و میمونها و دیگر موجودات نیز استفاده می‎شود. اخیرا دانشمندان چینی نشان دادند که آنها حتی توانسته‎اند از فناوری CRISPR برای تغییرات ژنی در جنین انسان استفاده کنند. و دانشمندان در فیلادلفیا نشان دادند که آنها می‎توانند از CRISPR برای برداشتن دی‎ان‎ای از یک ویروس اچ‎آی‎وی ادغام شده از سلولهای انسان مبتلا استفاده کنند.

فرصت انجام این چنین ویرایشهای ژنومی البته منجر به بروز مسائل اخلاقی متعدد می‎شود که نیاز به بررسی دارد، زیرا این فناوری را نه تنها می‎توان در سلولهای بالغ بکار برد، بلکه قابلیت بکارگیری در جنین جانوران را نیز دارد، از جمله ما انسانها. و خب همراه با همکارانم به یک فراخوان جهانی درباره فناوری که یکی از مخترعین آن هستم دعوت شده‎ام، تا بتوانیم همه پیامدهای اخلاقی و اجتماعی فناوری مثل این را بررسی کنیم.

آنچه می‎خواهم الان انجام دهم این است که به شما بگویم فناوری CRISPR چیست، چکار می‎تواند انجام دهد، امروز کجای کار هستیم و این که چرا فکر می‎کنم لازم است مسیر حساب شده‎ای را در نحوه بکارگیری این فناری اتخاذ کنیم.

وقتی ویروسها سلولی را آلوده می‎کنند، به دی‎ان‎ای‎شان نفوذ می‎کنند. و در یک باکتری، سیستم CRISPR دی‎ان‎ای را قادر می‎سازد آن ویروس را بیرون براند، و در تکه‎های کوچک توی کروموزوم قرار گیرد— دی‎ان‎ای باکتری. و این تکه‎های یکپارچه شده دی‎ان‎ای ویروسی توی محلی به اسم CRISPR جا می‎گیرند. CRISPR مخفف تناوبهای کوتاه پالیندروم فاصله‎دار منظم خوشه‎ای است.

حسابی دهن پرکن است– برای همین است که از مخفف CRISPR استفاده می‎کنیم. راهکاری که به سلولها اجازه می‎دهد در طول زمان به ثبت ویروسهای بپردازند که در معرضشان بوده‎اند. و از همه مهمتر، آن تکه‎های دی‎ان‎ای به نتاج سلولها منتقل می‎شوند. بنابراین سلولها نه تنها در یک نسل بلکه طی نسلها زیادی از ویروسها محافظت می‎شوند. سلولها این امکان را میابند که سابقه عفونت را ثبت کنند، و آنطور که همکارم بلیک وایدنفت دوست دارد بگوید، ژنگاه CRISPR کارت واکسیناسیون موثری در سلولهاست. هنگامی که آن تکه‎های دی‎ان‎ای در داخل کوموزم باکتریایی قرار داده می‎شوند، سلول کپی کوچکی از مولکولی به اسم RNA را می‎سازد، که در عکس نارنجی است، و برگردان دقیقی از دی‎ان‎ای ویروسی است. RNA عموزاه شیمیایی دی‎ان‎ای است، و اجازه فعل و انفعال با مولکولهای دی‎ان‎ای را می‎دهد که توالی مشابه‎ای دارد.

پس این تکه‎های کوچک RNA از ژنگاه CRISPR با پروتئینی به اسم Cas9 یکپارچه می‎شود– بهم وصل می‎شوند– که در تصویر سفید است، و مجموعه‏‎ای را شکل می‎دهد که به نگهبان توی سلول میماند. توی کل دی‎ان‎ای سلول را می‎گردد تا محلهایی را بیابد که با توالیها در RNAهای بهم متصل سازگار است. و وقتی آن محلها یافت می‎شوند– هانطور که در اینجا می‎بینید، مولکول آبی دی‎ان‎ای است– این مجموعه با دی‎ان‎ای یکپارچه شده و به ساطور Cas9 اجازه قطع کردن دی‎ان‎ای ویروسی را می‎دهد. برشی بسیار دقیق است. پس می‎توانیم به Cas9 RNA بعنوان مجموعه ساطوری فکر کنیم مثل قیچی که دی‎ان‎ای را می‎تواند ببرد– در هلیکس دی‎ان‎ای شکست دو رشته‎ای ایجاد می‎کند. و از همه مهم‎تر این مجموعه قابل برنامه‎ریزی است، بنابراین می‎تواند طوری برنامه‎ریزی شود که توالهای خاص دی‎ان‎ای را تشخیص دهد، و در آن محل در دی‎ان‎ای شکستگی ایجاد کند.

همانطور که الان برایتان خواهم گفت تشخیص دادیم که آن فعالیت را می‎توان برای مهار کردن مهندسی ژنوم بکار برد تا سلولها بتوانند تغییر بسیار دقیقی را در دی‎ان‎ای در محلی که این شکستگی معرفی شده ایجاد کنند. مانند همان نوع قیاس‎گری در روشی که برای پروسه پردازش کلمات جهت تصیح اشتباه املائی در اسناد استفاده می‎شود.

دلیلی که ما استفاده از سیستم CRISPR را برای مهندسی ژنوم در نظر گرفتیم بخاطر این است که سلولها قابلیت شناسایی دی‎ان‎ای خراب و تعمیر آن را دارند. پس وقتی سلول گیاه یا حیوانی دچار قطع دورشته‌ای در دی‎ان‎ای آن می‎شود، می‎تواند آن شکست را تعمیر کند، خواه از طریق چسباندن انتهای دی‎ان‎ای‎ها منقطع بهم با یک تغییر جزیی و کوچک یا تعمییر شکستگی با یکپارچه‎سازی تکه تازه‎ای از دی‎ان‎ای در محل قطع شدن. پس اگر روشی برای معرفی شکستگی‎های رشته‎های دوگانه به داخل دی‎ان‎ای در محلهای دقیق داشته باشیم، قادر به برانگیختن سلولها برای تعمیر آن شکستگی‎ها خواهیم بود، خواه از طریق شکاف یا همکاری اطلاعات ژنتیکی جدید. پس اگر قادر به برنامه ریزی فناوری CRISPR در شکستن دی‎ان‎ای باشیم در نزدیکی یا محلی که برای مثل جهش منجرشده به فیبروز سیستیک رخ داده، قادر به برانگیختن سلولها برای تعمیر آن جهش هستیم.

مهندسی ژنوم راستش چیز تاز‌ه‎ای نیست، از دهه ۱۹۷۰ در حال پیشرفت بوده. ما فناوریهایی برای توالی دی‎ان‎ای داشته‎ایم، برای کپی کردن دی‎ان‎ای، و حتی برای دستکاری دی‎ان‎ای. و این فناوریها بسیار نویدبخش بودند، اما مشکل ناکارآمدی آنها بود، یا این که برای بکارگیری زیادی سخت بودند، طوریکه بیشتر دانشمندان از بکارگیری آنها در آزمایشگاهایشان یا قطعا در بسیار استعمالهای کلینیکی خودداری کردند. بنابراین، فرصت بکارگیری فناوری مثلCRISPR و استفاده از آن جذابیت دارد، چون نسبتا ساده است. فناوریهای مهندسی ژنوم قدیمی‎تر 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 ذره‎های کوچک دی‎ان‎ای آن را برنامه ریزی کنیم.

پس وقتی قطع دورشته‌ای در دی‎ان‎ای اتفاق میافتد، می‎توانیم تعمیر را القاء کنیم، و بدان وسیله به دستاوردهای بالقوه‎ای برسیم، مثل داشتن قابلیت اصلاح جهش‎هایی که باعث کم خونی مدیترانه‎ای یا بیماری هانتینگتون می‎شود. من راستش فکرمی‎کنم که اولین کاربردهای فناوری CRISPR در خون اتفاق بیفتد، جاییکه رساندن این ابزار به درون سلولها نسبتا آسان است، در مقایسه با بافتهای جامد.

هم اکنون، این کار بیشتر روی الگوهای حیوانی بیماری انسان انجام می‎شود، از قبیل موشها. از این فناوری برای انجام تغییرات بسیار دقیقی انجام می‎شود که به ما اجازه مطالعه نحوه تاثیر این تغییرات در دی‎ان‎ای سلولها را می‎دهد خواه بر روی یک بافت، و در این مورد روی کل اندام.

حال در این مثال، از فناوری CRISPR برای قطع کردن یک ژن استفاده می‎شود یعنی از طریق انجام تغییری کوچک در دی‎ان‎ای در ژنی که مسئول رنگ سیاه پوشش این موشهاست. تصورش را کنید که این موشهای سفید از هم توله‎های رنگدانه‎دارشان متقاوت هستند آنهم بواسطه یک تغییر جزیی در ژن کل ژنوم‎شان، و غیر از این کاملا عادی هستند. و هنگام توالی دی‎ان‎ای این حیوانات، پی می‎بریم که تغییر در دی‎ان‎ای درست در جایی اتفاق افتاده که در آنجا القاء کردیم، با استفاده از فناوری CRISPR.

آزمایشهای اضافی روی بقیه حیوانات همچنان جریان دارد، که برای خلق الگوهایی برای بیماری انسان مفیدند، برای مثال میمون‌ها. و در اینجا پی می‎بریم که قادر به استفاده از این سیستم‎ها برای تست کردن کابرد این فناوری در بافتهای خاص هستیم، برای مثال، پی بردن به نحوه بکار گیری ابزار CRISPR توی سلولها. ما همچنین مایلیم به درک بهتری از نحوه کنترل روشی برسیم که دی‎ان‎ای بعد از برش تعمیر می‎شود، و همینطور بفهمیم چطور می‎توان هر نوع تاثیر ناخواسته یا دور از هدف بواسطه استفاده از این فناوری را مهار کرد.

فکر می‎کنم شاهد کاربرد کلینکی این فناوری خواهیم بود، قطعا در بزرگسالان، ظرف ۱۰ سال آینده. فکر می‎کنم که این احتمال هست شاهد آزمایشات کلینکی و شاید حتی تداویهای تایید شده در آن زمان باشیم، که فکرش هم بسیار هیجان‎انگیز است. و بخاطر هیجان موجود درباره این فناوری، علاقمندی بسیاری از سوی شرکتهای نوپای کسب و کار دیده می‎شود که برای تجاری کردن فناوریCRISPR تاسیس شده‎اند و بسیاری از سرمایه‌گذاران کارآفرین که در این شرکتها سرمایه‎گذاری می‎کنند.

اما باید همچنین در نظر داشته باشیم که فناوری CRISPR را می‎توان برای چیزهایی مثل بهسازی استفاد کرد. تصور کنید که می‎توانیم مهندسی انسانهایی را امتحان کنیم که خصیصه‎های تقویت شده دارد، از قبیل استخوانهای محکم‎تر، یا آسیب پذیری کمتر در برابر امراض قلبی یا حتی داشتن ویژگیهایی که شاید تمایل به داشتنش قابل ملاحظه باشد، مثل رنگ چشم متفاوت، یا قد بلندتر و چیزهایی مثل این.

“طراحی انسانها،” اگر مایل باشید. امروز، اطلاعات ژنتیکی برای فهمیدن انواع ژنهایی که منجر به این خصیصه‎ها می‎شوند تقریبا نامعلوم است. اما مهم است بدانیم فناوری CRISPR ابزار لازم را برای چنین تغییراتی به ما می‎دهد، زمانی که اطلاعات در دسترس باشد.

این مساله منتهی به مطرح شدن سوالات اخلاقی می‎شود که باید درباره‎شان بادقت باشیم، و بهمین خاطر است که من و همکارانم خواستار مکثی جهانی در هر گونه کاربرد کلینکی 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 برمی‎گردد، زمانی که دانشمندان با هم یکی شدند تا خواستار دیرکرد قانونی در استفاده از همتاسازی مولکولی شوند تا مادامیکه ایمنی آن فناوری با دقت آزمایش میشد و به تایید می‎رسید.

با این که انسانهای با ژنوم مهندسی شده هنوز با ما نیستند، اما دیگر جزی از داستانهای علمی تخیلی محسوب نمی‎شوند**. همین الان گیاهان و حیواناتی را داریم که ژنومشان مهندسی شده. و این اتفاق مسئولیت عظیمی را پیش روی ما قرار می‎دهد تا با دقت به بررسی پیامدهای غیرعمدی و تاثیرات عمدی یک پیشرفت علمی بپردازیم.

مشاهده ویدئو

** فیلم گاتاکا