کرگ ونتر از «حیات مصنوعی» پرده برمی‌دارد

ما اینجا حضور داریم تا تولید اولین سلول مصنوعی را اعلام کنیم، یک سلول که ساخته شده است با شروع از دستورالعمل (کد) دیجیتال در کامپیوتر، ساختن کروموزوم از چهار بطری مواد شیمیایی، سرهم‌بندی کروموزم در مخمر، نشاندن آن در داخل یک سلول باکتری گیرنده و تبديل آن سلول به یک گونهٔ باکتری جدید. در نتیجه، این نخستین گونهٔ خودتکثيرگری است که تا به حال در این سیاره داشته‌ایم که والد آن یک کامپیوتر است. همچنین این اولین موجودی است که وبسایت خودش را حک شده در کد ژنتیکی‌اش دارد. اما ما دربارهٔ این علامت‌های حک شده [نقش‌آب‌ها] تا دقیقه‌ای دیگر بیشتر خواهیم گفت.
این پروژه‌ای است که شروعش پانزده سال پیش بود، زمانیکه تیم ما که در اون زمان --- موسسه مان را TIGR می‌خواندیم -- درگیر توالی‌یابی اولین جفت ژنوم در تاریخ بود. ما هموفیلوس آنفولانزا را انجام دادیم و بعد کوچکترین ژنوم از یک موجود زنده خودتکثیرگر، از مایکوپلاسما ژنیتالیوم را. و بعد به محض اینکه ما این دو توالی را داشتیم، فکر کردیم، اگر قرار است این کوچکترین ژنوم از یک ارگانیسم خودتکثیرگر باشد، آیا امکانش هست که ژنومی از این هم کوچکتر باشد؟ آیا ما می‌توانیم اساس زندگی سلولی را در سطح ژنتیکی بفهمیم؟ این یک ماجراجویی ۱۵ ساله بوده تا فقط به این نقطهٔ آغازین کنونی برسیم، تا بتوانیم به آن پرسش‌ها پاسخ بگوییم. به این خاطر که بسیار دشوار است که چند ژن‌ را هم زمان از یک سلول بیرون بکشیم. فقط يکی يکی می توان اين کار را کرد. ما از همان ابتدا تصمیم گرفتیم که بایستی روش مصنوعی را پیش بگیریم، هرچند کسی تا آن زمان از اين راه نرفته بود، تا ببینیم آیا می‌توانیم کروموزم باکتریایی تولید کنیم، به طوری که بتوانیم محتویات ژن را عوض کنیم، تا بتوانیم ژن‌های لازم برای حیات را بفهميم. این آغازگر جستجوی ۱۵ سالهٔ ما بود تا به اینجا رسیدیم.
قبل از اینکه اولین آزمایش‌ها را انجام دهیم، ما در حقیقت از تیم آرت کاپلان، که در آن زمان در دانشگاه پنسیلوانیا بود خواستیم تا يک بازببینی انجام دهند مبنی بر اینکه چه خطرهایی، چه چالش‌هایی و چه مسائل اخلاقی حول آفرینش یک موجود جدید در آزمایشگاه وجود خواهد داشت چرا که این کار تا به حال انجام نشده بود. آنها حدود دو سال وقت صرف بازبینی مستقل این موضوع کردند و نتیجه را در سال ۱۹۹۹ در مجله ساینس منتشر کردند. هام و من آن دو سال کار را کنار گذاشتیم و مشغول یک پروژه جانبی برای توالی‌یابی ژنوم انسان شدیم، اما تا آن کار تمام شد، برگشتیم به کاری که در دست داشتیم.
در سال ۲۰۰۲ یک موسسهٔ جدید راه انداختيم، موسسه‌ی انرژی های جايگزين زیستی، که در آنجا ما دو هدف تعیین کردیم. یک، فهمیدن تأثير تکنولوژی‌ بشر بر محیط زیست، و اینکه چگونه محیط زیست را بهتر درک کنیم. و دو، آغاز این روند ساخت حیات مصنوعی برای فهم حيات بنيادی. در سال ۲۰۰۳، ما اولین موفقیت خود را منتشر کردیم. اين بود که هام اسمیت و کلاید هاتچیسون، یک سری روش‌های جدیدی برای ساخت DNA بدون اشکال در سطوح خیلی کوچک ابداع کردند. اولین کار ما یک باکتری خوار با کد پنج هزار حرفی بود، ویروسی که تنها به ای‌کُلای حمله می‌کند. که اون هم باکتری‌خوار فی اکس ۱۷۴ بود، که به دلایل تاریخی انتخاب شد. این اولین DNA باکتری‌خوار بود، DNA ویروس، DNA ژنوم که واقعاً توالی‌یابی شد. لذا زمانی که ما دریافتیم که می‌توانیم پنج هزار جفت باز بسازيم در تکه های اندازه ویروس، فکر کردیم، حداقل وسیله‌اش را داریم که در ادامه تلاش کنیم تعداد زیادی از این قطعه‌ها را بسازیم، تا بلکه سرانجام بتوانیم آنها را سرهم کنیم برای ساخت این کروموزم مگاباز. پس اساسا کار بزرگتر از چیزی بود که ما از ابتدا حتی فکر می‌کردیم دنبال کنيم؛
بنابراین، این کار در چند قدم انجام شد. مسئله دو طرف داشت. ما بایستی راه حل شيميایی پيدا می‌کردیم برای ساختن ملکول های بزرگ DNA، و همینطور باید طرف بیولوژیک آن را نیز حل می‌کردیم که اگر این ماده شیمیایی جدید ساخته شده را داشتیم، چگونه آن را شروع به کار کنیم، چگونه در سلول میزبان فعالش بکنیم. بنابراين ما دو تیم داشتیم که به صورت موازی کار می‌کردند، یک تیم در شیمی، و دیگری در تلاش برای رسیدن به امکان کاشتن کل کرموزوم برای دست‌یابی به سلول‌های جدید. زمانی که ما این کار را آغاز کردیم، فکر می‌کردیم که تلفیق مصنوعی بزرگترین مشکل ما خواهد بود، برای همين بود که کوچکترین ژنوم را انتخاب کرده بودیم.
و شاید برخی از شما توجه کرده باشید که ما از کوچکترین ژنوم تغییر کار دادیم به ژنومی بسیار بزرگتر. و می‌توانیم دلایل آن را به تفصيل مرور کنيم، اما به طور خلاصه، سلول کوچک نیاز به چيزی حدود یک یا دو ماه زمان برای حصول نتیجه داشت، در حالی که سلول بزرگتر که سریعتر رشد می‌کند، تنها دو روز طول می‌دهد. لذا در طول سال تنها تعداد معدودی دوره را می توانستيم امتحان کنیم چرا که هر دوره شش هفته طول می کشيد. و شما باید این را بدانید که به طور کلی، ۹۹، احتمالاً بالای ۹۹ درصد از آزمایش‌های ما ناکام ماند. لذا اين از ابتدا يک فرايند رفع اشکال، و يک سناريوی حل مسئله بود چرا که هیچ دستورعملی برای رسيدن به هدف وجود نداشت.
لذا، یکی از مهمترین مقالات منتشر شده توسط ما در سال ۲۰۰۷ بود، کارول لارتیگ تلاشی را رهبری کرد برای عملاً انتقال دادن یک کرموزم باکتری از يک باکتری به باکتری دیگر. به نظر من، از لحاظ فلسفی، آن مقاله یکی از مهمترین مقالات منتشر شده توسط ما بوده است چرا که نشان می‌دهد زندگی پویا چگونه است. و ما از زمانی که آن عملی شد دانستیم، که ما در واقع این امکان را داریم، اگر بتوانیم یک کروموزم مصنوعی بسازیم، که با آن هم چنین کنیم. ما نمی‌دانستیم که برای رسیدن به این منظور چندین سال زمان خواهد برد تا به این نقطه برسیم.
در سال ۲۰۰۸، ما گزارش خود را اعلام کردیم مبنی بر ساخت کامل ژنوم ژنیتالیوم مایکوپلاسما، مقداری بیش از ۵۰۰۰۰۰ حرف کد ژنتیکی، اما هنوز موفق به راه‌اندازی کروموزم نشده بودیم. ما فکر می‌کنیم، مقداری به اين دليل بود که رشد کندی داشت، و مقداری هم، سلول‌ها انواع مکانیسم‌های دفاعی خاص دارند تا از این اتفاق ها جلوگیری کنند. معلوم شد که سلولی که ما تلاش می کردیم در آن‌ کاشت انجام دهيم یک نوکلئاز یا آنزیم داشت که DNA را بر روی سطح خود می جَوَد و خيلی هم خوشحال بود که DNA مصنوعی که بهش می داديم را بخورد و هیچگاه پیوندی را نمی‌پذیرفت. اما در آن زمان، آن بزرگترین مولکول با ساختار تعريف شده بود که ساخته شده بود.
و لذا هر دو طرف در حال پیشرفت بود، اما بخشی از تلفيق مصنوعی بایستی با استفاده از مخمر کامل می‌شد یا امکان کامل شدنش با مخمر بود، به اين ترتيب که با قرار دادن قطعات در مخمر، مخمر کار سرهم‌بندی آنها را برای ما انجام می‌دهد. این یک قدم شگفت‌انگیز به جلو بود، اما ما یک مشکل داشتیم چرا که ما حالا کروموزم های باکتریایی مان داشتند در مخمر رشد می‌کرد. پس حالا علاوه بر انجام کاشت، باید راهی را پیدا می‌کردیم تا کروموزم باکتریایی را از مخمر یوکاریوتی بیرون بکشیم، به شکلی که بتوانیم آن را در سلول گیرنده بکاریم.
لذا تیم ما روش‌های جدیدی ابداع کرد برای عملاً رشد دادن و شبيه سازی کروموزم‌های کامل باکتری در مخمر. لذا ما همان ژنوم مایکویدی را برداشتیم که کارول اولین بار آنرا کاشته بود، و آن را در مخمر رشد دادیم به شکل یک کروموزم مصنوعی. و ما تصور می‌کردیم این یک بستر مناسب برای یادگیری نحوه خارج کردن کروموزم از مخمر و سپس کاشت آنها خواهد بود. امّا زمانی که این آزمایش‌ها را انجام دادیم، ديديم که می‌توانیم کرومزم را از مخمر خارج کنیم اما در سلول کاشته نمی شد و آن را راه نمی انداخت. همين مشکل کوچک، دو سال از وقت تیم را گرفت تا حل شود.
کاشف به عمل آمد، که بر روی DNA در سلول باکتری متیلاسیون صورت گرفته بود، و این متیلاسیون آن را از آنزیم بازدارنده محافظت می‌کند، به طوری که آنزیم نمی‌تواند DNA را هضم کند. لذا، چیزی که ما کشف کردیم این بود که اگر کروموزم را از مخمر خارج کنیم و آن را متیل دار کنیم، آنگاه می‌توانیم آن را بکاریم. پيشرفت های بيشتر هنگامی حاصل شد که تیم توانست ژن‌های آنزیم بازدارنده را از سلول کاپریکولوم گیرنده بردارد. و زمانی که ما این کار را انجام دادیم، آنگاه می‌توانستیم که DNA خالی را از مخمر بیرون کشیده و آن را بکاریم.
بنابرین، پاييز گذشته، وقتی که نتايج آن کار را در مجلهٔ «ساینس» منتشر کردیم، همه ما پر از اطمینان بوديم و قوت قلب یافتیم که تنها چند هفته فاصله داريم از توانایی راه‌اندازی یک کروموزم بیرون کشیده شده از مخمر. به دلیل مشکلاتی که با مایکوپلاسما ژنیتالیم و رشد کند آن داشتيم، حدود یک سال و نیم قبل، ما تصمیم گرفتیم تا کروموزمی بسیار بزرگتر، کروموزم مایکوید را سنتز کنیم، با علم به اینکه مسائل زیستی برای کاشت آن را حل کرده بودیم. و «دن» رهبری تیم را برای ساخت این کروموزم با بیش از یک میلیون جفت-باز را به عهده گرفت. اما اينطور شد که در انتها ابه همين سادگی هم نبود. و ما سه ماه کارمان عقب افتاد چرا که ما يک اشتباه داشتيم يک مورد غلط در بیش از یک میلیون جفت باز در آن توالی.
بنابراين تیم یک نرم‌افزار جدید رفع اشکال توسعه داد، که ما می‌توانستیم هر قسمت از این مواد ترکیبی را امتحان کنیم تا بیینیم آيا در یک محیط کاملاً طبیعی DNA رشد خواهد کرد يا نه. و ما دریافتیم که ۱۰ تا از ۱۱ تا یک صدهزار جفت بازی که ما ساخته‌ایم، کاملا درست و صحیح است و با توالی حیات طبیعی هم‌خوانی دارد. پس فهميديم اشکال در کدام بخش صدهزارتایی است. و آن را توالی‌یابی کردیم و دریافتیم که تنها یک جفت باز در يکی از ژن‌های حياتی پاک شده است. لذا دقت عمل حياتی است. بخش‌هایی از ژنوم هست که حتی یک اشکال را نیز نمی‌پذیرد، و بخش‌هایی از ژنوم هم هست که ما می‌توانیم در آن بلوک‌های بزرگی از DNA اضافی قرار دهیم، به مانند آنچه با نقش‌آب‌ها [علامت‌های حک شده] کردیم، و می‌تواند انواع و اقسام اشکال‌ها را تحمل کند. پس حدود سه ماه طول کشید تا آن اشکال را پیدا کردیم و برطرف نمودیم. و آنگاه، يک روز اول صبح، ۶ صبح، ما از «دن» یک پیام کوتاه دریافت کردیم که می‌گفت اولین جمعيت‌های آبی‌رنگ به وجود آمده اند.
در نتيجه، راه طولانی بوده تا به اینجا رسیده‌ایم -- ۱۵ سال از آغاز کار. ما احساس می‌کرديم، که یکی از انگاشته‌های این رشته علمی این است که اطمینان کامل حاصل کنیم که می‌توانیم بین DNA مصنوعی و DNA طبیعی، تمایز قائل شویم. از همان ابتدا، زمانی که مشغول کار در زمينه کاملاً جدیدی از علم هستید، باید به تمام مشکلات ممکن فکر کنید به چیزهایی که ممکن است باعث شود خيال کنید کاری را انجام داده‌اید در صورتی که انجام نداده‌اید، و بدتر از آن اينکه باعث شويد ديگران هم همين خيال را بکنند. لذا، ما فکر کردیم که بدترین مشکل ممکن اين است که یک ناخالصی تک مولکولی برای کروموزم محلی (باکتری میزبان) پيش بيايد، و ما را به این باور غلط برساند که ما توانسته‌ایم یک سلول مصنوعی بسازیم، در صورتی که تنها یک ناخالصی بوده است.
بنابراین، از اول کار ما اين فکر را در سر می‌پرورانديم که علائم و نقش‌آب‌های خاص بر روی DNA بگذاریم تا بطور غیر قابل تردیدی مشخص کنیم که آن DNA مصنوعی است. و اولین کروموزمی که ساختیم، در سال ۲۰۰۸، یک کروموزم با ۵۰۰ هزار جفت-باز بود، ما خیلی ساده نام نویسندگان کروموزوم را در کد ژنتیکی نوشتیم. اما این فقط با استفاده از آمینو اسید بود ترجمه‌های یک حرفی، که برخی حروف الفبا را در بر نمی‌گرفت. بنابراين تیم ما در واقع یک کد جدید ساخت در داخل کدی در داخل کد. این يک کد جدید برای ترجمه و نوشتن پیام‌ها در داخل DNA بود. البته، ریاضی‌دانان خيلی وقت است که در کد ژنتيکی پيام‌هایی پنهان می‌کنند يا می‌نويسند، اما روشن است که آنها ریاضی‌دان بودند، نه زیست‌شناس، چرا که، اگر شما پیامی طولانی بنویسید با کدی که ریاضی‌دانان توسعه داده‌اند، احتمالاً باعث خواهد شد که پروتین‌هایی جدید توليد شوند با کارکردهایی نامعلوم.
از این رو کدی که مایک مونتاگ و تیم ابداع کردند در واقع کدون‌های متوقف‌کنندهٔ مکرری می‌گذارد. پس این یک الفبای متفاوت است، اما به ما اجازه می‌دهد که از تمام الفبای انگلیسی استفاده کنیم با علامات‌ها و اعدادش. بنابراين، چهارعلامت عمده حک کرديم که هر کدام بیش از هزار جفت-باز کد ژنتیکی هستند. اولین آنها در واقع شامل کد لازم برای ترجمه مابقی کد ژنتیکی است. و در ساير اطلاعات، نقش‌آب‌ها شامل اسامی، فکر کنم حدود ۴۶ نويسنده مختلف و شرکت‌کننده‌های کلیدی است که پروژه را به این مرحله رسانده‌اند. ما همچنین یک آدرس وب‌سایت را در آن قرار دادیم، که اگر کسی این کد را باز کند که در داخل کد داخل کد است، می‌تواند به آن آدرس ایمیل بفرستد. از اینرو این موجود کاملاً از موجودات دیگر متفاوت است، ۴۶ نام و وب‌سایت خودش را در داخل کد ژنتیکیش دارد. و ما سه نقل قول نیز به آن اضافه کردیم، چرا که برای اولین ژنوم، از ما انتقاد شده بود که چرا که تلاش نکرده بودیم چیز عمیق و با ارزشی به جز امضای خودمان را در آن قرار دهیم.
پس باقی کد را نمی‌دهيم، امّا سه نقل قول را می‌گوییم. خب اولین جمله این بود: «برای زندگی، برای خطا کردن، برای شکست، برای پیروزی، و برای بازسازی زندگی از زندگی.» این جمله از جیمز جویس نقل شده است. نقل قول دوم این بود: «چیزها را ببیند، نه به شکلی که هستند، بلکه به شکلی که می‌توانند باشند.» این از «پرومتئوس آمریکایی» نقل شده بود که کتابی است درباره رابرت اوپنهایمر. و آخرینش از ریچارد فینمن نقل شده است. «چیزی را که نتوانم بسازم، نمی‌توانم بفهمم.» لذا، از این جهت که این همان اندازه که یک پیشرفت فنّی در علم است، یک پیشرفت فلسفی هم هست، ما تلاش کرده‌ایم تا به هر دو روی فلسفی و فنّی بپردازيم.
آخرین چیزی که مایلم اضافه کنم، پیش از اینکه به بخش سوالات برسيم، این است که کار مفصّلی ما انجام داده‌ایم، درخواست بازبینی اخلاقی کرده‌ايم، و آن سوی کار را هم جلو برديم همراه با جنبه فنّی قضیه، و این به صورت گسترده‌ای در جامعه علمی مورد بحث قرار گرفته، در حوزه سياستگذاری هم همينطور و در بالاترین سطوح دولت فدرال. حتی با این اعلام، مانند کاری که در سال ۲۰۰۳ کردیم-- آن کار با سرمایه‌گذاری وزارت نيرو انجام شده بود - لذا این کار در سطح کاخ سفید مورد بازبینی قرار گرفته، تلاش شد تا تصمیم‌گیری شود که آیا این کار منتشر شود یا محرمانه باقی بماند. و نهايتاً تصمیم به انتشار نتیجه این تحقیقات گرفتند، که راه درست هم همين است. ما به کاخ سفید اطلاع داده‌ايم. ما به اعضا کنگره خبر داده‌ایم. ما تلاش کردیم تا مسائل مربوط به سياستگذاری را همگام با مسایل علمی بگيريم و جلو ببریم.
لذا، با ذکر این نکات، مایلم که اجازهٔ مطرح شدن سوالات را بدهم. بله، در آن عقب.
خبرنگار: می‌شود لطفاً به شکل غیرحرفه‌ای توضیح بدهید تا چه اندازه این پیشرفت جدید، مهم و چشمگیر است؟
کرگ ونتر: می‌توانیم توضیح دهیم چقدر مهم است؟ من مطمئن نیستم که آن کسی که باید دربارهٔ مهم بودن این کار بگوید، ما باشیم، برای ما مهم و چشمگیر بوده. احتمالاً یک تغییر خیلی بزرگ فلسفی در نحوه نگرش ما به حیات نیز هست. ما در واقع این را به شکل یک قدم کوچک می‌بینیم، چرا که برای ما ۱۵ سال طول کشیده که، الان، بتوانیم آزمایشی را به انجام برسانیم که ۱۵ سال پیش می‌خواستیم انجام دهيم برای درک حیات در پایه‌ای‌ترین سطحش. اما ما در واقع بر این باوریم که این يک سری ابزار قدرتمند خواهد بود. و همين حالا هم شروع کرده‌ايم به استفاده از این ابزار در زمينه‌های متعدد.
ما در موسسه‌مان سرمایه‌گذاری مداوم داريم، اکنون، از NIH (موسسات ملی بهداشت) با همکاری نوارتیس (مرکزی در بریتانیا) به منظور تلاش برای استفاده از این ابزار ساخت DNA مصنوعی تا احتمالاً واکسن آنفولانزایی بسازيم که ممکن است سال بعد به دست‌تان برسد. چرا که، به جای اینکه هفته‌ها و یا ماه‌ها طول بکشد تا این‌ها ساخته شود، تیم «دن» حالا می تواند این کار را در کمتر از ۲۴ ساعت انجام دهد. لذا زمانی که شما می‌بینید چه قدر طول کشید تا واکسن H1N1 ساخته شود، ما فکر می‌کنیم می‌توانیم این پروسه را بطور مؤثری کاهش دهیم. در زمينه واکسن، شرکت «سینتتیک ژنومیکس» (ژنومیک مصنوعی) و موسسه ما دارند یک شرکت واکسن جدید تشکیل می‌دهند چرا که ما بر این باوریم که این ابزار می‌توانند به منظور ساخت واکسن‌ها مثمر ثمر باشند برای بیماری‌هایی که تا کنون ساخت واکسن‌شان امکان‌پذیر نبوده، مواردی که ویروس‌ها به سرعت فرگشت (تکامل) می‌یابند، مانند ویروس سرماخوردگی. آیا این عالی نخواهد بود که چیزی داشته باشیم که جلوی سرماخوردگی معمولی را بگیرد؟ یا مهمتر از آن، ویروس ايدز، ویروسی که آنقدر سریع فرگشت می‌یابد، که واکسن‌هایی که امروز ساخته می‌شوند نمی‌تواند پا به پای آن تغییرات فرگشتی جلو روند.
همچنین، در سینتتیک ژنومیکس، ما مشغول کار بر روی موضوعات مهم محیط زیستی هستیم. من فکر می‌کنم این نشت اخیر نفت در خلیج یادآور خوبی است. ما نمی‌توانیم گاز دی اکسید کربن را ببینم، به اندازه‌گيری‌های علمی اتکا می‌کنیم، و نتایج اولیه‌ی زيادی بودن آن را داريم می بينيم. اما الان می‌توانیم دی اکسید کربن را در مرحله قبلی اش ببينيم که روی آب معلق است و ساحل خلیج را آلوده می‌کند. ما نیاز به جایگزین‌هایی برای نفت داریم. ما یک برنامه‌ای با «اگزان موبیل» (Exxon Mobile) داریم تا تلاش کنیم یک نژاد جديد از جلبک به وجود آوریم که به صورت موثری دی اکسید کربن را از سطح اتمسفر یا از منابع متمرکز جذب کند، هیدروکربن‌های جدیدی بسيازيم که بتوانند وارد پالایشگاه‌ها شوند و گازوئیل معمولی و سوخت دیزل از دی اکسید کربن بسازند.
اینها تنها چند مورد از رويکردها و جهت‌گیری‌هایی است که داریم.
(تشویق)